We examine the electrical properties of atomic layer deposition (ALD) La2O3/InGaAs and Al2O3/La2O3/InGaAs metal-oxide-semiconductor (MOS) capacitors. It is found that the thick ALD La2O3/InGaAs interface provides low interface state density (Dit) with the minimum value of ∼3 × 1011 cm−2 eV−1, which is attributable to the excellent La2O3 passivation effect for InGaAs surfaces. It is observed, on the other hand, that there are a large amount of slow traps and border traps in La2O3. In order to simultaneously satisfy low Dit and small hysteresis, the effectiveness of Al2O3/La2O3/InGaAs gate stacks with ultrathin La2O3 interfacial layers is in addition evaluated. The reduction of the La2O3 thickness to 0.4 nm in Al2O3/La2O3/InGaAs gate stacks leads to the decrease in hysteresis. On the other hand, Dit of the Al2O3/La2O3/InGaAs interfaces becomes higher than that of the La2O3/InGaAs ones, attributable to the diffusion of Al2O3 through La2O3 into InGaAs and resulting modification of the La2O3/InGaAs interface structure. As a result of the effective passivation effect of La2O3 on InGaAs, however, the Al2O3/10 cycle (0.4 nm) La2O3/InGaAs gate stacks can realize still lower Dit with maintaining small hysteresis and low leakage current than the conventional Al2O3/InGaAs MOS interfaces.

1.
W.
Wang
,
K.
Xiong
,
R. M.
Wallace
, and
K.
Cho
,
J. Phys. Chem. C
114
,
22610
(
2010
).
2.
L.
Lin
and
J.
Robertson
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
082903
(
2011
).
3.
W.
Wang
,
C. L.
Hinkle
,
E. M.
Vogel
,
K.
Cho
, and
R. M.
Wallace
,
Microelectron. Eng.
88
,
1061
(
2011
).
4.
J.
Robertson
and
L.
Lin
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
222906
(
2011
).
5.
L.
Lin
and
J.
Robertson
,
J. Vac. Sci. Technol., B
30
,
04E101
(
2012
).
6.
M.
Passlack
,
M.
Hong
, and
J. P.
Mannaerts
,
Appl. Phys. Lett.
68
,
1099
(
1996
).
7.
M.
Hong
,
J.
Kwo
,
A. R.
Kortan
,
J. P.
Mannaerts
, and
A. M.
Sergent
,
Science
283
,
1897
(
1999
).
8.
H. C.
Chiu
,
L. T.
Tung
,
Y. H.
Chang
,
Y. J.
Lee
,
C. C.
Chang
,
J.
Kwo
, and
M.
Hong
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
202903
(
2008
).
9.
E. J.
Kim
,
E.
Chagarov
,
J.
Cagnon
,
Y.
Yuan
,
A. C.
Kummel
,
P. M.
Asbeck
,
S.
Stemmer
,
K. C.
Saraswat
, and
P. C.
Mclntyre
,
J. Appl. Phys.
106
,
124508
(
2009
).
10.
F.
Ren
,
M.
Hong
,
W. S.
Hobson
,
J. M.
Kuo
,
J. R.
Lothian
,
J. P.
Mannaerts
,
J.
Kwo
,
S. N. G.
Chu
,
Y. K.
Chen
, and
A. Y.
Cho
,
Solid-State Electron.
41
,
1751
(
1997
).
11.
P. D.
Ye
,
G. D.
Wilk
,
B.
Yang
,
J.
Kwo
,
H.-J. L.
Gossmann
,
M.
Hong
,
K. K.
Ng
, and
J.
Bude
,
Appl. Phys. Lett.
84
,
434
(
2004
).
12.
Y.
Xuan
,
H. C.
Lin
,
P. D.
Ye
, and
G. D.
Wilk
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
263518
(
2006
).
13.
Y.
Xuan
,
Y. Q.
Wu
,
H. C.
Lin
,
T.
Shen
, and
P. D.
Ye
,
IEEE Electron Device Lett.
28
,
935
938
(
2007
).
14.
M.
Hong
,
J. R.
Kwo
,
P.-C.
Tsai
,
Y.
Chang
,
M.-L.
Huang
,
C.-P.
Chen
, and
T.-D.
Lin
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
46
(
5B
),
3167
3180
(
2007
).
15.
P. D.
Ye
,
J. Vac. Sci. Technol., A
26
,
697
(
2008
).
16.
H.-C.
Chin
,
X.
Liu
,
X.
Gong
, and
Y.-C.
Yeo
,
IEEE Trans. Electron Devices
57
,
973
979
(
2010
).
17.
R.
Engel-Herbert
,
Y.
Hwang
, and
S.
Stemmer
,
J. Appl. Phys.
108
,
124101
(
2010
).
18.
S.
Takagi
,
R.
Zhang
,
J.
Suh
,
S.-H.
Kim
,
M.
Yokoyama
,
K.
Nishi
, and
M.
Takenaka
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
54
,
06FA01
(
2015
).
19.
R.
Suzuki
,
N.
Taoka
,
M.
Yokoyama
,
S.
Lee
,
S. H.
Kim
,
T.
Hoshii
,
T.
Yasuda
,
W.
Jevasuwan
,
T.
Maeda
,
O.
Ichikawa
,
N.
Fukuhara
,
M.
Hata
,
M.
Takenaka
, and
S.
Takagi
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
132906
(
2012
).
20.
D. H.
Zadeh
,
Y.
Suzuki
,
H.
Omine
,
K.
Kakushima
,
P.
Ahmet
,
Y.
Kataoka
,
A.
Nishiyama
,
N.
Sugii
,
K.
Tsutsui
,
K.
Natori
,
T.
Hattori
, and
H.
Iwai
, in
Proceedings of SSDM
(
2012
), pp.
24
25
.
21.
T.
Kawanago
,
K.
Kakushima
,
P.
Ahmet
,
K.
Tsutsui
,
A.
Nishiyama
,
N.
Sugii
,
K.
Natori
,
T.
Hattori
, and
H.
Iwai
,
IEEE Trans. Electron Devices
59
,
269
276
(
2012
).
22.
D. H.
Zadeh
,
H.
Oomine
,
K.
Kakushima
,
Y.
Kataoka
,
A.
Nishiyama
,
N.
Sugii
,
H.
Wakabayashi
,
K.
Tsutsui
,
K.
Natori
, and
H.
Iwai
,
IEDM Tech. Dig.
,
2013
,
2.4.1
2.4.4
.
23.
D. H.
Zadeh
,
H.
Oomine
,
Y.
Suzuki
,
K.
Kakushima
,
P.
Ahmet
,
H.
Nohira
,
Y.
Kataoka
,
A.
Nishiyama
,
N.
Sugii
,
K.
Tsutsui
,
K.
Natori
,
T.
Hattori
, and
H.
Iwai
,
Solid-State Electron.
82
,
29
33
(
2013
).
24.
D. M.
Fleetwood
,
IEEE Trans. Nucl. Sci.
43
,
779
(
1996
).
25.
Y.
Yuan
,
L.
Wang
,
B.
Yu
,
B.
Shin
,
J.
Ahn
,
P. C.
McIntyre
,
P. M.
Asbeck
,
M. J. W.
Rodwell
, and
Y.
Taur
,
IEEE Electron Device Lett.
32
,
485
487
(
2011
).
26.
G.
Brammertz
,
A.
Alian
,
D. H.-C.
Lin
,
M.
Meuris
,
M.
Caymax
, and
W.-E.
Wang
,
IEEE Trans. Electron Devices
58
,
3890
3897
(
2011
).
27.
S.
Stemmer
,
V.
Chobpattana
, and
S.
Rajan
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
233510
(
2012
).
28.
N.
Goel
,
D.
Heh
,
S.
Koveshnikov
,
I.
Ok
,
S.
Oktyabrsky
,
V.
Tokranov
,
R.
Kambhampatic
,
M.
Yakimov
,
Y.
Sun
,
P.
Pianetta
,
C. K.
Gaspe
,
M. B.
Santos
,
J.
Lee
,
S.
Datta
,
P.
Majhi
, and
W.
Tsai
,
IEDM Tech. Dig.
,
2008
,
1
4
.
29.
J.
Lin
,
Y. Y.
Gomeniuk
,
S.
Monaghan
,
I. M.
Povey
,
K.
Cherkaoui
,
É.
O'Connor
,
M.
Power
, and
P. K.
Hurley
,
J. Appl. Phys.
114
,
144105
(
2013
).
30.
J.
Lin
,
S.
Monaghan
,
K.
Cherkaoui
,
I.
Povey
,
É.
O'Connor
,
B.
Sheehan
, and
P.
Hurley
,
Microelectron. Eng.
147
,
273
(
2015
).
31.
E. H.
Nicollian
and
J. R.
Brews
,
MOS Physics and Technology
(
New York
,
Wiley
,
1982
).
32.
N.
Taoka
,
M.
Yokoyama
,
S. H.
Kim
,
R.
Suzuki
,
T.
Hoshii
,
R.
Iida
,
S.
Lee
,
Y.
Urabe
,
N.
Miyata
,
T.
Yasuda
,
H.
Yamada
,
N.
Fukuhara
,
M.
Hata
,
M.
Takenaka
, and
S.
Takagi
,
Microelectron. Eng.
88
,
1087
(
2011
).
33.
K.
Martens
,
C.
Chi On
,
G.
Brammertz
,
B.
De Jaeger
,
D.
Kuzum
,
M.
Meuris
,
M.
Heyns
,
T.
Krishnamohan
,
K.
Saraswat
,
H. E.
Maes
, and
G.
Groeseneken
,
IEEE Trans. Electron Devices
55
,
547
(
2008
).
34.
I.
Krylov
,
L.
Komblum
,
A.
Gavrilov
,
D.
Ritter
, and
M.
Eizenberg
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
173508
(
2012
).
35.
A. R.
Gonzalez-Elipe
,
J. P.
Espinos
,
A.
Fernandez
, and
G.
Munuera
,
Appl. Surf. Sci.
45
,
103
108
(
1990
).
36.
A. M.
De Asha
,
J. T. S.
Critchley
, and
R. M.
Nix
,
Surf. Sci.
405
,
201
214
(
1998
).
37.
R.
Driad
,
Z. H.
Lu
,
S.
Charbonneau
,
W. R.
McKinnon
,
S.
Laframboise
,
P. J.
Poole
, and
S. P.
McAlister
,
Appl. Phys. Lett.
73
,
665
(
1998
).
38.
É.
O'Connor
,
B.
Brennan
,
V.
Djara
,
K.
Cherkaoui
,
S.
Monaghan
,
S. B.
Newcomb
,
R.
Contreras
,
M.
Milojevic
,
G.
Hughes
,
M. E.
Pemble
,
R. M.
Wallace
, and
P. K.
Hurley
,
J. Appl. Phys.
109
,
024101
(
2011
).
39.
M.
Yokoyama
,
N.
Taoka
,
R.
Suzuki
,
O.
Ichikawa
,
H.
Yamada
,
N.
Fukuhara
,
M.
Hata
,
M.
Sugiyama
,
Y.
Nakano
,
M.
Takenaka
, and
S.
Takagi
, in
Proceedings of IPRM
(
2012
), pp.
167
170
.
You do not currently have access to this content.