基于高K薄膜界面稳定性过程优化的微结构与内应力调控方法研究

本项目拟利用原子层沉积技术和分子束外延技术，以原子层量级的高K超薄金属的氧化物堆栈结构为样品典型，通过界面微结构和体系内应力的主动调控与实现，发展应力诱导微结构趋稳的实验研究和面向过程控制的自适应高稳定性界面制备技术；在以往研究热场和电场下薄膜结构及性能稳定性的基础上，考察并阐明内应力对薄膜界面稳定性的影响及可能存在的应变调控作用；结合第一性原理分析，提出并验证薄膜界面应变工程的设计思想和技术途径，完善基于电学和力学性能自适应优化的应变调控原理技术和新型高介电常数超薄膜微结构体系的制备方法，对先进材料表面类似结构的薄膜设计和工艺实现提供技术支撑和理论预判。

随着集成电路芯片及各种微纳传感器和微纳机电系统的集成化、小型化的发展，为了保证芯片更快的运行速度和更大的缓存容量，具有更高物理厚度的高K薄膜材料已成为人们的研究热点。本项目利用原子层沉积技术和分子束外延技术，以原子层量级的高K超薄HfO2，Al2O3,TiO2等金属氧化物堆栈结构为样品典型，通过界面微结构和体系内应力的主动调控与实现，开展了应力诱导微结构趋稳的实验研究和面向过程控制的自适应高稳定性界面制备技术开发；在以往研究热场和电场下薄膜结构及性能稳定性的基础上，考察并阐明了内应力对薄膜界面稳定性的影响及可能存在的应变调控作用；通过异质外延及界面非晶化实验调控并结合数值理论分析，提出并验证高K薄膜界面应变工程的设计思想和技术途径，完善基于电学和力学性能自适应优化的应变调控原理技术和新型高介电常数超薄膜微结构体系的制备方法，该理论及技术体系同样可从传统的Si基体系扩展至石墨烯、纳米线等低维材料体系，未来可对具有类似结构的薄膜设计和工艺实现提供技术支撑和理论预判。