Miniaturisierte kapazitive Feldeffekt-Sensoren mit atomlagenabgeschiedenem Ta2O5 auf ultradünnen Isolatoren

Abstract:
Miniaturisierte Elektrolyt-Isolator-Halbleiter-Kondensatoren (EISCAPs) mit ultradünnen Gate-Isolatoren wurden hinsichtlich ihrer pH-sensitiven Sensoreigenschaften untersucht: drei verschiedene EISCAP-Varianten, bestehend aus Al–p-Si–Ta2O5 (5 nm), Al–p-Si–Si3N4 (1 nm bzw. 2 nm)–Ta2O5 (5 nm) und Al–p-Si–SiO2 (3,6 nm)–Ta2O5 (5 nm)-Schichtstrukturen, wurden in Pufferlösung mit unterschiedlichen pH-Werten mittels C-V- (Kapazitäts-Spannungs-) und ConCap- (Constant capacitance) Verfahren charakterisiert. Die SiO2- und Si3N4-Gate-Isolatoren wurden durch RTO (rapid thermal annealing) bzw. RTN (rapid thermal nitridation) abgeschieden, während der Ta2O5-Film durch ALD (atomic layer deposition) hergestellt wurde. Alle EISCAP-Systeme besitzen ein gutes pH-Ansprechverhalten. SiO2–Ta2O5-EIS-CAPs zeigen die stabilsten Sensoreigenschaften; Si3N4 (1 nm)–Ta2O5-EISCAPs weisen eine höhere Steilheit in der Steigung der Kapazitäts-Spannungs-Kurve auf, was sich vorteilhaft bzgl. der Miniaturisierung auswirkt.