Dozimetru tip capacitor cu nanocristale de Ge sau Si


Project Director: Dr. Lazanu Sorina

ID-ul Proiectului: 42PED din 03/01/2017 (PN-III-P2-2.1-PED-2016-0206)

Director de Proiect: Dr. Sorina Lazanu

Tipul proiectului: National

Programul de incadrare al proiectului: PED

Finantare: Unitatea Executivă pentru Finanțarea Învățământului Superior, a Cercetării, Dezvoltării și Inovării, UEFISCDI

Contractor: INSTITUTUL NATIONAL DE CERCETARE - DEZVOLTARE PENTRU FIZICA MATERIALELOR

Status: In progress

Data de inceput: Marti, 3 Ianuarie, 2017

Data finalizarii: Luni, 2 Iulie, 2018

Rezumatul Proiectului: 

Proiectul propune o noua solutie de dozimetru cu structura de capacitor MOS, cu trei straturi: oxid/strat cu nanocristale de Si sau Ge/oxid/substrat de Si, cu contacte metalice si oxidul SiO2, HfO2. Dispozitivul este destinat aplicatiilor spatiale sau medicale. Dispozitivul este inovativ prin aboradrea inovativa propusa: selectia oxidului, a nanocristalelor, prin modificarea morfologiei si structurii stratului care contine nanocristale, realizata prin modificarea parametrilor de depunere si de tratament termic ca si a grosimii si stoechiometriei oxizilor. Maximizarea sensibilitatii la doza de iradiere si a timpului de retentie se realizeaza folosind feed-back-ul intre activitatile de depunere si caracterizare. Pentru demonstrarea conceptului proiectului vom realiza un demonstrator, care va fi validat in conditii de laborator in acord cu TRL 3. Obiectivele specifice ale proiectului sunt: *depunerea structurilor  Ge/oxid si Si/oxid; formarea nanocristalelorprin tratament termic; corelarea parametrilor tehnologici cu structura si morfologia in diferite stadii; *realizarea probelor de test cu structura de trei straturi si cu contacte metalice, si testarea lor privitor la raspunsul la radiatie; selectia structurilor cu cel mai bun raspuns; *validarea conceptului proiectului prin realizarea unui demonstrator, pornind de la structurile cu cel mai bun raspuns la radiatie si timp de retentie; testarea demonstratorului in acord cu TRL3; *diseminarea si exploatarea rezultatelor tehnologice si stiintifice (aplicatie de patent, lucrare ISI, comunicare la conferinta de specialitate) cu respectarea drepturilor de proprietate intelectuala;  *coordonarea activitatilor in cadrul proiectului pentru realizarea scopului si obiectivelor acestuia, monitorizarea progresului, asigurarea continuitatii schimbului de informatie pe parcursul desfasurarii proiectului.
Realizarea tuturor acestor obiective va conduce la obtinerea demonstratorului unui nou capacitor MOS pentru masurari de doza.

Obiectivele proiectului: 

Dezvoltarea capacitorilor MOS pe baza de nanocristale de Ge sau Si inglobate in oxid, pentru folosirea ca senzsori de radiatie in aplicatii spatiale sau medicale. Demonstratorul de detector de radiatie pe care ne propunem sa il fabricam are structura de capacitor cu trei straturi oxid/ strat cu nanocristale de Ge sau Si / oxid, si contacte de Al.

Dr. Sorina Lazanu – Director Proiect

Dr. Magdalena Lidia Ciurea

Dr. Ana-Maria Lepadatu

Dr. Ionel Stavarache

Dr. Catalin Palade

Dr. Valentin Serban Teodorescu

Technician Elena Stan

 

Etapa a II-a (2018): Realizarea și caracterizarea funcțională în laborator a demontratorului de dozimetru pe bază de capacitor MOS cu nanocristale de Si sau Ge.

Rezumatul etapei a II-a

Scopul prezentei etape a fost realizarea şi caracterizarea funcţională în laborator a demonstratorului de dozimetru pe bază de capacitor MOS cu nanocristale, în acord cu TRL 3. Principiul pe care se bazează funcţionarea dozimetrului care face obiectul proiectului este următorul: înainte de iradiere se încarcă nanocristalele (NC); electronii și golurile create prin iradiere în oxid se seapară și produc descărcarea progresivă a NC. În acest fel se produce modificarea tensiunii de bandă plată a capacitorului MOS (ΔVFB), variația fiind proporţională cu doza absorbită.

Prezenta etapă conţine mai multe activităţi care sunt o continuare directă a celor din Etapa I. Astfel, am continuat să preparăm probe de test şi să le caracterizăm electric şi din punctul de vedere al răspunsului la radiaţia ionizantă. In cadrul prezentei etape am definit, realizat și caracterizat două variante de probe test, una dintre ele reprezentând o continuare a cercetărilor din Etapa I, cealaltă hotărâtă în această etapă pe baza rezultatelor anterioare. Cele două structuri de probe de test diferă prin grosimea oxidului de control din HfO2. Pe baza măsurătorilor de caracteristici electrice și de răspuns la iradierea cu particule α am selectat cele mai bune probe de test, și am definit demonstratorul (oxizi, NC, compoziţia stratului intermediar, grosimi de straturi, condiții de preparare).

Am produs demonstratorul și l-am testat funcţional în laborator din punctul de vedere al caracteristicilor electrice şi al răspunsului la radiaţia ionizantă. Am arătat că dispozitivul obţinut este la nivel de TRL 3.

Am creat şi actualizat pagina web a proiectului. Rezultatele obţinute au fost diseminate într-o lucrare ISI trimisă spre publicare, 1 lucrare ISI in stadiu final de redactare şi în 2 comunicari orale la conferinţe internaţionale de prestigiu.

Am depus la OSIM o cerere de brevet de invenţie.

Obiectivele şi activităţile prezentei etape au fost integral realizate.

Rezultate

Demonstrator de dozimetru; parametri de functionare ai demonstratorului

1 cerere de brevet de inventie depusa la OSIM

1 lucrare ISI trimisă spre publicare

1 lucrare ISI in stadiu final de redactare

2 comunicări științifice la conferințe internationale (prezentări orale)

Livrabile

# demonstrator; # parametri și caracteristici ale demonstratorului.

Etapa I (2017): Obtinerea si caracterizarea probelor de test de dozimetru pe baza de capacitor MOS cu nanocristale de Si sau Ge.

Rezumatul etapei

Scopul prezentei etape a fost prepararea structurilor de capacitori MOS cu poarta flotanta cu nanocristale (NC) de Si sau Ge, ce vor fi folosite ca dozimetre pentru radiatia ionizanta. Principiul pe care se bazeaza functionarea dozimetrului pe baza de capacitor MOS, cu poarta flotanta din NC, este urmatorul: se incarca NC si in acest mod se creeaza un camp electric local, intern, in jurul fiecarui NC incarcat. In urma expunerii la radiatia ionizanta se creeaza perechi electron-gol in oxid, purtatorii generati miscandu-se in acest camp electric, si producand descarcarea NC. Descarcarea NC conduce la modificarea tensiunii de banda plata (VFB) a capacitorului MOS, modificare care este o masura a dozei absorbite.

Am depus prin pulverizare cu magnetron (MS) structuri de oxid/Ge sau Si in oxid (codepunere)/oxid/Si de diferite grosimi (oxidul fiind SiO2 sau HfO2) si am efectuat tratamente termice rapide (RTA) in diferite conditii pentru nanostructurarea Ge sau Si. Am investigat structura si morfologia probelor folosind spectroscopia de fotoelectroni si microscopia electronica. Pe baza informatiilor obtinute, am hotarat sa realizam 3 tipuri de probe de test: HfO2/NC Ge in HfO2/HfO2/Si; SiO2/NC Si in SiO2/SiO2/Si si SiO2/NC Ge in SiO2/SiO2/Si, cu diferite grosimi ale celor 3 straturi, diferite concentratii ale Si sau Ge in oxid, diferite conditii de tratament termic. Am testat toate structurile realizate din punctul de vedere al caracteristicilor de histerezis in caracteristica C-V si de retentiei de sarcina (C-t). Cele mai bune proprietati electrice corespund structurii cu HfO2/NC de Ge in HfO2/HfO2/Si. Prepararea probelor de test si caracterizarea lor electrica se vor continua in Etapa II.

Am caracterizat raspunsul la radiatie ionizanta (surse α si β) al structurilor: am calculat debitul dozei pentru fiecare dintre geometriile sursa – proba utilizate, am simulat patrunderea particulelor in proba si am calculat parcursul acestora. Am facut masuratori preliminare de sensibilitate la radiatia ionizanta a probelor de test si am demarat producerea demonstratorului, activitati care se vor continua, cu cea mai importanta pondere, in Etapa urmatoare.

Am creat si actualizat pagina web a proiectului. Rezultatele obtinute au fost diseminate intr-o lucrare ISI si in 3 comunicari la conferinte internationale (2 comunicari orale si 1 poster).

Obiectivele si activitatile prezentei etape au fost integral realizate.

Rezultate

Probe de test; parametri de depunere si tratament termic; rezultate preliminare asupra demonstratorului

1 lucrare ISI (acceptata pentru publicare); 3 comunicari stiintifice la conferinte internationale (2 prezentari orale si 1 poster)

Livrabile

# structuri cu trei straturi SiO2/NC de Si in SiO2/SiO2/Si si SiO2/NC de Ge in SiO2/SiO2/Si si HfO2/NC de Ge in HfO2/HfO2/Si; # date si imagini de morfologie si structura masurate pe structurile cu trei straturi; probe de test; # caracteristici curent -tensiune (I-V) si capacitate-tensiune (C-V) masurate pe probele de test; # rezultate preliminare asupra sensibilitatii la radiatia ionizanta a probelor de test.

Publicatii:

 

  1. Material parameters from frequency dispersion simulation of floating gate memory with Ge nanocrystals in HfO2, C. Palade, A.M. Lepadatu, A. Slav, S. Lazanu, V.S. Teodorescu, T. Stoica, M.L. Ciurea, Appl. Surf. Sci. 428(2018), 698.

Persoana de contact:

 

Director proiect:  Dr. Sorina Lazanu

INSTITUTUL NATIONAL DE CERCETARE - DEZVOLTARE PENTRU FIZICA MATERIALELOR, Str. Atomistilor Nr. 405A., 077125 Magurele, ROMANIA

Tel:+40--(0)21-2418-171

Email: lazanu@infim.ro

PROJECTS/ PROIECTE NATIONALE

Back to top

Copyright © 2024 National Institute of Materials Physics. All Rights Reserved