Membrii de echipa sunt:

• Cristina Besleaga
• Andrei Nitescu
• Liliana Marinela Balescu
• George Stan
• Andra Georgia Boni
• Mihaela Botea
• Andrei Tomulescu
• Andrei Cristian Kuncser
• Florentina Neatu

• Obiectiv general: Fabricarea filmelor subtiri de HfO₂ dopat cu Zr (HZO) si AlN prin tehnicile ALN si CVD, si utilizarea lor in tranzistori cu efect de camp si senzori piroelectrici.
• Obiective specifice:

O1. Obtinerea straturilor subtiri de HZO prin metoda ALD si investigarea proprietatilor sale fizice; grad de realizare  = 100 %.

Au fost obtinute filme de HZO prin metoda ALD. A fost testat impactul varierii toturor parametrilor de proces asupra caracteristicilor structurala, morfologice, optice si electrice.

Straturile obtinute au fost integrate in structuri de tip capacitor/MIS.

A fost pus in evidenta caracterul piroelectric al filmelor pe baza de HfO₂

O2. Obtinerea straturilor subtiri de AlN prin metoda CVD si investigarea proprietatilor sale fizice; grad de realizare  = 100 %.

Au fost obtinute filme de AlN prin metoda CVD. Straturilor obtinute au fost caracterizate structural, morfologic, optic si electric.

Filmele fabricate au fost intregate in senzori piroelectrici ce au fost testati la diferite temperaturi.

O3. Fabricarea dispozitivelor pe baza  de multistrat HZO/AlN si caracterizarea functionala a acestora; grad de realizare  = 100 %.

Au fost fabricate si caracterizate dispozitive electronice pe baza de multistrat HZO/ALN

• In etapa I au fost realizate primele teste preliminare pentru obtinerea straturilor subtiri de HfO2 prin metoda ALD.
• In etapa II a proiectului au fost dezvoltate procedurile de obtinere a filmelor subtiri de HZO si AlN prin ALD, respectiv CVD.
• In etapa III a proiectului au fost fabricate si caracterizate dispozitive electronice pe baza de multistrat HZO/ALN

Utilizarea cu succes a tehnicilor ALD si CVD pentru depunerea acestor materiale reprezenta un evolutie importanta in domeniul stiintei materialelor, la nivel regional si național. Aceste tehnici sunt subdezvoltate în România, chiar daca si-au demonstrat avantajele extraordinare de dezvoltare si aplicabilitatea pentru producția la scara larga in SUA si Europa de Vest.

Filmele subtiri au fost fabricate prin ALD sau CVD utilizand echipamentul AnnealSys MC-050:

Filmele de HZO au cristalizat predominant in faza monoclinica, insa a fost indentificata, prin XRD cat si SAED, si prezenta fazei cristaline ortorombica. Filmele obtinute sunt piroelectrice iar masuratorile Capacitate-Tensiune au indicat ca o parte din materialele pe baza de HfO2 au proprietati semiconductoare.

Filmele de AlN, depuse prin CVD, au o structura policristalina hexagonala. Acestea au o constanta dielectrica de ~12 si un camp de strapungere mai mare de 12 MV/cm. Straturile subtiri de AlN au fost integrate cu succes in senzori pirolectrici ce au fost testati la diferite temperaturi de functionare.

Pentru obtinerea filmelor de HZO au fost folositi urmatorii precursori: Tetrakis(etilmetilamido)hafniu(IV) si Tetrakis(etilmetilamido)zirconiu(IV) – surse pentru Hr si Zr.

Pentru obtinerea filmelor de AlN au fost folositi urmatorii percursori: Tri(dimetilamido)aluminiu(III) si NH₃.

Analiza filmelor obtinute a fost realizata cu urmatoarele echipamente (metode): Rigaku SmartLab X-ray (XRD), JEM-ARM200F (JEOL) –HRTEM (TEM si SAED), J.A. Woollam Ellipsometer (optic), Keithley 4200 Semiconductor Analyzer, HP 4194A Impedance Analyzer (electrice), Jasco 6800-FV-BB (FTIR), Horiba LabRAM HR Evolution (Raman), NT-MDT SPM (AFM).

• Diseminare:

1. Conferinte; participarea la doua conferinte internationale; grad de realizare = 100 %.

In perioada 24 - 30 Septembrie a fost prezentata online lucrarea cu titlul „HfO2/AlN multilayer devices and their functional characterization”, autori: Andrei Nitescu, Cristina Besleaga, Georgia Andra Boni, Lucian Pintilie, la Conferinta Internationala ICPAM-13, eveniment ce a avut loc in Sant Feliu de Guixols, Spania.

In perioada 12 - 15 Iulie 2022 a fost prezentata lucrarea cu titlul „HfO₂/AlN multilayer devices and their functional characterization”, autori: Cristina Besleaga, Andrei Nitescu, Georgia Andra Boni, Mihaela Botea, Cristian Radu, Lucian Pintilie, la Conferinta Internationala IBWAP-20, eveniment ce a avut loc in Constanta, Romania.

2. Articole; Trimiterea spre publicare a cel putin doua lucrari la jurnale Web of Science din prima cuartila (Q1) si participarea la minim doua conferinte internationale; grad de realizare = 100 %.

i) „The impact of aluminum nitride interlayer on the structural and electrical properties of pure hafnia”, autori: C. Besleaga (corespondent), M. Botea, C.M. Istrate, A. Nitescu, G.E. Stan, A.G. Boni, L. Pintilie – articol trimis pentru evaluare catre Advanced Materials Technologies (jurnal din prima cuartila – Categoria Materials Science, Multidisciplinary, cu un scor de influenta = 1.586 si factor de impact = 8.856).

In acest articol a fost demonstrata existenta efectului piroelectric in oxidul de hafniu nedopat, evidentiindu-se caracterul polar al acestiu material. Mai mult, a fost pus in evidenta amplificarea efectului piroelectric prin intergrarea in structura a unui strat de AlN. Rezultatele acestui studiu aduc un aport de noutate in literatura de specalitate deoarece pana in prezent raspuns piroelectric a fost raportat doar in HfO2 dopat iar utilizarea AlN pentru imbunatatirea semnalului piroelectric a fost, in limita cunostintelor noastre, raportata pentru prima oara in aceast articol.

ii) „Fourier-transform infrared spectroscopy as a complementary method for phase identification in hafnia-based materials”, autori: C. Besleaga (corespondent), A. Kuncser, C.C. Negrila, A. Nitescu, G.E. Stan – articol trimis pentru evaluare catre Applied Surface Science (jurnal din prima cuartila – Categoria Physics, Applied-science si Materials Science, Coatings&Film Science, cu un scor de influenta = 0.848 si un factor de impact = 7.392).

In acest articol a fost demonstrat experimental ca metoda de spectroscopie FTIR reprezinta un instrument puternic pentru investigarea structurala a materialelor pe baza de HfO₂. Acest tip de investigatie este unul complementar diffractiei de raze X prin care indentificarea fazelor (si distinctia intre fazele ortorombice polare sau antipolare si cubic) in materialele pe baza de HfO2 este extrem de dificila din cauza suprapunerii maximelor de difractie. In articol rezultatele XRD si FTIR au fost corelate cu cele XPS si electrice.

iii) „The impact of the light exposure over the electrical properties of hafnia-based materials”, autori: C. Besleaga (corespondent), G. A. Boni, G.E. Stan, L. Pintilie – in pregatire.

3. Brevete

• Trimiterea spre evaluare a unei cereri de brevet; grad de realizare 100%.

Au fost trimis catre evaluare o cerere de brevet: „Metoda pentru cresterea performantelor dispozitivelor piroelectrice pe baza de dioxid de hafniu”, autori: Cristina Besleagă Stan, Mihaela Botea, George Stan, Lucian Pintilie; cerere numarul A/00736.

• „The impact of aluminum nitride interlayer on the structural and electrical properties of pure hafnia”, autori: C. Besleaga (corespondent), M. Botea, C.M. Istrate, A. Nitescu, G.E. Stan, A.G. Boni, L. Pintilie – articol trimis pentru evaluare catre Advanced Materials Technologies
• „Fourier-transform infrared spectroscopy as a complementary method for phase identification in hafnia-based materials”, autori: C. Besleaga (corespondent), A. Kuncser, C.C. Negrila, A. Nitescu, G.E. Stan – articol trimis pentru evaluare catre Applied Surface Science