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.

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
).
You do not currently have access to this content.