氧化铝衬底上铂纳米粒子的原子沉积

       作为电荷俘获层媒介，金属纳米颗粒广泛用于非挥发存储器的研究中。金属纳米颗粒的组成、大小、密度和分布特性直接影响存储器的电学特性。因此，在存储器的制作工艺温度范围内，获得密度高、尺寸相近、分布均匀的金属纳米颗粒成为制备金属纳米晶存储器的关键步骤。在可能用于存储器的金属纳米颗粒材料中，金属铂(Pt)因具有高功函数、低扩散速率和良好的热稳定性而倍受青睐。Pt纳米颗粒的制备技术主要包括:淀积超薄Pt层后进行快速热退火处理，直接淀积生长如溅射生长以及原子层淀积等。在直接淀积生长Pt纳米颗粒技术中，利用原子层淀积技术生长Pt纳米颗粒是一种自限制的生长技术，具有淀积温度低、可控性强和与CMOS工艺相兼容等优点。通常可通过改变金属淀积的循环数来调控金属纳米颗粒的特性，但是金属的原子层淀积易受衬底表面的化学和物理特性影响，导致生长出的金属颗粒大小和形状不规整、分布不均匀。

        复旦大学微电子研究院陈红兵等人以(MeCp)Pt(CH3)₃和O₂为反应源, 采用原子层淀积(ALD)技术在Al₂O₃衬底上制备Pt纳米颗粒, 研究了在氮气中快速热退火对Pt纳米颗粒的特性的影响。结果表明, 随着退火温度从700℃升高到900℃, Pt纳米颗粒尺寸逐渐增大, 颗粒之间分离愈加清晰, 形貌趋向球形, 但颗粒密度稍有降低。随着在800℃退火时间从15 s增加到60 s, Pt纳米颗粒的尺寸逐渐增大, 尺寸分布变得更加弥散, 颗粒的密度逐渐降低；其中退火15 s后的Pt纳米颗粒密度高(9.29×10¹¹cm^-2)、分布均匀、分离清晰。900℃退火后在Pt纳米颗粒中出现部分氧化态的Pt原子, 其原因可能是在高温下Pt纳米颗粒与Al₂O₃薄膜之间发生了界面化学反应。