四双(乙基甲基氨)铪(IV)的应用

介绍

四双(乙基甲基氨)铪(IV)的化学式为C12H32HfN4，外观为无色至黄色液体，对水和空气敏感，具有高度易燃性，遇水会剧烈反应，可能引发燃烧爆炸，且吞咽、吸入有毒，能造成严重皮肤灼伤和眼损伤，对水生生物也有毒性并有长期持续影响。

四双(乙基甲基氨)铪(IV)

应用

原子层沉积中的反应机制

原子层沉积是一种用于在基底表面生长高质量薄膜的技术，四双(乙基甲基氨)铪(IV)在HfO₂薄膜的原子层沉积过程中可以作为关键前驱体。在以硅为基底的HfO₂-ALD过程中，它在不同羟基化程度的Si(100) 表面上的反应机制存在差异。在完全羟基化的Si(100)表面，发生配体交换反应（LERs），容易转化为具有不饱和Hf原子的物质，其能垒较低，仅为25.8 kJ/mol 。而在部分羟基化的Si(100)表面，TEMAH反应最终生成单（乙基甲基氨基）铪（MEMAH），能垒为 61.3 kJ/mol 。在后续的水脉冲过程中，吸附的 MEMAH 剩余配体可以通过与水的LER反应被去除，从而实现HfO₂薄膜的逐步生长[1]。

与不同材料表面的相互作用

除了硅表面，四双(乙基甲基氨)铪(IV)也能与其他材料表面发生相互作用。在GaN纳米团簇的羟基化Ga面进行HfO₂沉积时，它与羟基化GaN的相互作用并不自发，除非在优化初始阶段引入额外的势能，增大初始结构中各种键的键长。在该过程中，会形成Ga-N (CH₃)(CH₂CH₃) 键，且不破坏Hf-N键，这是因为HfO₂/ GaN界面处形成界面层[2]。

HfO₂薄膜的制备

采用四双(乙基甲基氨)铪(IV)和水蒸气作为前驱体，在200°C下通过原子层沉积可在HF处理过的p-Si(100) 衬底上生长HfO₂薄膜。所制备的 HfO₂薄膜均匀，在4英寸硅片上可获得良好的生长效果。通过X射线光电子能谱分析可确定其能带隙和带偏移。沉积态的 HfO₂薄膜为非晶态，在500-600°C时可结晶为单斜相。对于Au-Ti-HfO₂-Si金属氧化物半导体电容器，经500°C退火后，40周期ALD薄膜的介电常数约为17.8，等效氧化层厚度约为1.39 nm ，击穿场强在5-5.5 MV/cm范围内，固定电荷密度约为10¹² cm⁻²，界面陷阱电荷密度约为3.7×10¹¹ cm⁻²·eV⁻¹，表明其在微电子器件应用方面具有一定潜力[3]。

参考文献

[1]Truong T B ,Jihoon S ,Hyeyoung S .A theoretical study of the atomic layer deposition of HfO2 on Si(1 0 0) surfaces using tetrakis(ethylmethylamino) hafnium and water[J].Applied Surface Science,2023,612

[2]A P L ,R M C ,M J S .Effects of trimethylaluminium and tetrakis(ethylmethylamino) hafnium in the early stages of the atomic-layer-deposition of aluminum oxide and hafnium oxide on hydroxylated GaN nanoclusters.[J].Journal of molecular modeling,2013,19(10):4419-32.

[3]Chiou Y ,Chang C ,Wu T .Characteristics of hafnium oxide grown on silicon by atomic-layer deposition using tetrakis(ethylmethylamino)hafnium and water vapor as precursors[J].Journal of Materials Research,2007,22(7):1899-1906.