Improving the electron mobility of devices such as Ge metal oxide semiconductor field effect transistors requires good Ge/dielectric interfaces. GeO2 thus is reconsidered as a passivation layer for Ge. However, O-vacancies need to be controlled as they have a deleterious impact on the properties. We employ electronic structure calculations to investigate the introduction of trivalent ions (Al, Y, and La) in α-quartz GeO2. The binding energies of the dopant-vacancy pairs reveal that dopants can be used to control the O-vacancies and reduce the induced dangling bonds. It is proposed that the introduction of Al will limit the concentration of O-vacancies at low Fermi energy.
REFERENCES
1.
A.
Ritenour
, S.
Yu
, M. L.
Lee
, N.
Lu
, W.
Bai
, A.
Pitera
, E. A.
Fitzgerald
, D. L.
Kwong
, and D.
Antoniadis
, Tech. Dig. - Int. Electron Devices Meet.
2003
, 03
–433
.2.
G.
Impellizzeri
, S.
Boninelli
, F.
Priolo
, E.
Napolitani
, C.
Spinella
, A.
Chroneos
, and H.
Bracht
, J. Appl. Phys.
109
, 113527
(2011
).3.
C. O.
Chui
, L.
Kulig
, J.
Moran
, W.
Tsai
, and K. C.
Saraswat
, Appl. Phys. Lett.
87
, 091909
(2005
).4.
E.
Simoen
and J.
Vanhellemont
, J. Appl. Phys.
106
, 103516
(2009
).5.
S.
Schneider
and H.
Bracht
, Appl. Phys. Lett.
98
, 014101
(2011
).6.
E.
Scalise
, M.
Houssa
, G.
Pourtois
, V. V.
Afanas'ev
, and A.
Stesmans
, Appl. Phys. Lett.
98
, 202110
(2011
).7.
H.
Tahini
, A.
Chroneos
, R. W.
Grimes
, U.
Schwingenschlögl
, and H.
Bracht
, Appl. Phys. Lett.
99
, 072112
(2011
).8.
H.
Tahini
, A.
Chroneos
, R. W.
Grimes
, and U.
Schwingenschlögl
, Appl. Phys. Lett.
99
, 162103
(2011
).9.
W. S.
Jung
, J. H.
Park
, A.
Nainani
, D.
Nam
, and K. C.
Saraswat
, Appl. Phys. Lett.
101
, 072104
(2012
).10.
C. H.
Lee
, T.
Nishimura
, N.
Saido
, K.
Nagashio
, K.
Kita
, and A.
Toriumi
, Tech. Dig. - Int. Electron Devices Meet.
2009
, 09
–457
.11.
T.
Nishimura
, C. H.
Lee
, S. K.
Wang
, T.
Tabata
, K.
Kita
, K.
Nagashio
, and A.
Toriumi
, Dig. Tech. Pap. - Symp. VLSI Technol.
2010
, 209
.12.
K.
Kita
, K.
Kyuno
, and A.
Toriumi
, Appl. Phys. Lett.
85
, 52
(2004
).13.
A.
Dimoulas
, G.
Mavrou
, G.
Vellianitis
, E.
Evangelou
, N.
Boukos
, M.
Houssa
, and M.
Caymax
, Appl. Phys. Lett.
86
, 032908
(2005
).14.
A.
Ritenour
, A.
Khakifirooz
, D. A.
Antoniadis
, R. Z.
Lei
, W.
Tsai
, A.
Dimoulas
, G.
Mavrou
, and Y.
Panayiotatos
, Appl. Phys. Lett.
88
, 132107
(2006
).15.
A.
Molle
, M. N. K.
Bhuiyan
, G.
Talarida
, and M.
Fanciulli
, Appl. Phys. Lett.
89
, 083504
(2006
).16.
A.
Delabie
, F.
Bellenger
, M.
Houssa
, T.
Conard
, S.
Van Elshocht
, M.
Caymax
, M.
Heyns
, and M.
Meuris
, Appl. Phys. Lett.
91
, 082904
(2007
).17.
H.
Matsubara
, T.
Sasada
, M.
Takenaka
, and S.
Takagi
, Appl. Phys. Lett.
93
, 032104
(2008
).18.
K.
Prabhakaran
, F.
Maeda
, Y.
Watanabe
, and T.
Ogino
, Appl. Phys. Lett.
76
, 2244
(2000
).19.
S. K.
Wang
, K.
Kita
, C. H.
Lee
, T.
Tabata
, T.
Nishimura
, K.
Nagashio
, and A.
Toriumi
, J. Appl. Phys.
108
, 054104
(2010
).20.
S. K.
Wang
, K.
Kita
, T.
Nishimura
, K.
Nagashio
, and A.
Toriumi
, Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
50
, 04DA01
(2011
).21.
C. H.
Lee
, T.
Tabata
, T.
Nishimura
, K.
Nagashio
, K.
Kita
, and A.
Toriumi
, Appl. Phys. Express
2
, 071404
(2009
).22.
C. H.
Lee
, T.
Nishimura
, T.
Tabata
, S. K.
Wang
, K.
Nagashio
, K.
Kita
, and A.
Toriumi
, Tech. Dig. - Int. Electron Devices Meet.
2010
, 10
–416
.23.
H.
Wang
, A.
Chroneos
, A.
Dimoulas
, and U.
Schwingenschlögl
, Phys. Chem. Chem. Phys.
14
, 14630
(2012
).24.
J. P.
Perdew
and Y.
Wang
, Phys. Rev. B
45
, 13244
(1992
).25.
G.
Kresse
and J.
Joubert
, Phys. Rev. B
59
, 1758
(1999
).26.
P. E.
Blöchl
, Phys. Rev. B
50
, 17953
(1994
).27.
H. J.
Monkhorst
and J. D.
Pack
, Phys. Rev. B
13
, 5188
(1976
).28.
G. S.
Smith
and P. B.
Isaacs
, Acta Crystallogr.
17
, 842
–846
(1964
).29.
S.
Lany
and A.
Zunger
, Phys. Rev. B
78
, 235104
(2008
).30.
M.
Yang
, R. Q.
Wu
, Q.
Chen
, W. S.
Deng
, Y. P.
Feng
, J. W.
Chai
, J. S.
Pan
, and S. J.
Wang
, Appl. Phys. Lett.
94
, 142903
(2009
).31.
P.
Broqvist
, J. F.
Binder
, and A.
Pasquarello
, Appl. Phys. Lett.
97
, 202908
(2010
).32.
K.
Kita
, T.
Takahashi
, H.
Nomura
, S.
Suzuki
, T.
Nishimura
, and A.
Toriumi
, Appl. Surf. Sci.
254
, 6100
(2008
).© 2013 American Institute of Physics.
2013
American Institute of Physics
You do not currently have access to this content.