Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Gebirge. --- Metallkunde. --- Metallurgy in archaeology. --- Metallurgy in archaeology. --- Metallurgy --- Metallurgy --- Metallurgy. --- History --- Greece. --- Griechenland (Altertum).

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Powder metallurgy. --- Stainless steel --- Metallurgy --- Industrial applications.

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Aluminum --- Aluminum --- Recycling. --- Metallurgy.

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Surfaces (Technology) --- Metallurgy

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Tegenwoordig verwachten we dat onze gebruiksvoorwerpen gebaseerd op halfgeleidertechnologie steeds kleiner, sneller, multifunctioneler, en –als het even kan– ook nog goedkoper worden. Gedurende jaren is de industrie er in geslaagd om tegemoet te komen aan deze eisen door onder andere miniatuur GSMs, MP3-spelers, foto- en videocamera’s, en labtops op de markt brengen. Het woord “nano” is zelfs boven zijn wetenschappelijke betekenis (eenheid prefix) uitgestegen en werd het toverwoord in de reclame wereld om alles, van elektronica tot waspoeder, aan de man te brengen. De elementaire eenheid die decennia lang aan de basis lag van alle geavanceerde toepassingen was de Si/SiO2-structuur. Het succes van de halfgeleiderindustrie was tot nu toe gebaseerd op de schaalbaarheid van de Si/SiO2-gebaseerde micro-elektronica: krachtigere chips konden bekomen worden door de afmetingen van de metaal-oxide-halfgeleider (MOS) componenten steeds kleiner te maken. Op dit moment is het punt echter bereikt waar verdere “schaling” van de Si/SiO2-gebaseerde componenten onmogelijk wordt vermits dit zou leiden tot zware problemen met de performantie en betrouwbaarheid van de MOS componenten. De nieuwe generatie transistoren zal alternatieve “nieuwe” isolerende poortmaterialen nodig hebben. Een voor de hand liggende oplossing is het gebruik van een isolator met een hogere diëlektrische constante (k) waardoor een fysisch dikkere oxide laag kan gebruikt worden zonder dat de capaciteit van de poort hierbij moet inboeten. Het gebruik van zulk een alternatief poortoxide in de plaats van het uitgebreid bestudeerde SiO2-oxide brengt natuurlijk onverwachte problemen met zich mee zoals de vorming van een tussenlaag en diffusie van additieven. Er zijn al talrijke studies die handelen over verschillende van deze kandidaat hoge-k materialen maar uiteindelijk blijven we achter met meer vragen dan antwoorden. In een poging om enkele van deze vragen te beantwoorden werden in deze thesis drie van deze hoge-k materialen bestudeerd: ZrO2, HfO2, en LaAlO3. Een ander gevolg van de huidige nano-rage is de stijgende populariteit van, o.a., nano-deeltjes, nano-draden, en nano-buisjes. Wanneer men oxides schaalt tot deze kleine dimensies (~10-8-10-9 m) veranderen echter hun elektrische en optische eigenschappen, waadoor onderzoekers weer van voor af aan kunnen beginnen met het bepalen van de materiaaleigenschappen. Verwikkeld in een strijd om oplossingen te vinden voor al deze nieuwe problemen die zich aandienen is zowel het toegepast als het fundamentele onderzoek naar nano-structuren de laatste jaren exponentieel gegroeid. Hierbij werd de toenemende impact van de aanwezigheid van defecten blootgelegd, zowel in de kern van de nano-materialen als aan de halfgeleider/oxide grenslaag in MOS-structuren. De aanwezigheid van één enkel puntdefect kan een bepalend, meestal negatief effect hebben op de optische en elektrische eigenschappen zoals fotoluminescentie, geleiding, en dopering van nano-deeltjes. Om een beter begrip te krijgen van de negatieve invloeden die deze puntdefecten kunnen hebben is het van cruciaal belang dat we kennis kunnen verwerven wat betreft de fysische structuur van die defecten. Elektron spin resonantie (ESR) is hiervoor de uitgelezen techniek. Voorwaarden zijn dat de defecten een magnetisch moment (“spin”) hebben en in voldoende aantal aanwezig zijn in het te onderzoeken systeem (typisch 1010-1012 magnetisch centra). In deze thesis zal ESR dan ook aangewend worden om optredende puntdefecten te monitoren, karakteriseren, en identificeren in een aantal materialen die mogelijk gebruikt kunnen worden in toekomstige halfgeleider nano-technologieën. In een eerste fase werden pyrolytisch gevormde SiO2-nano-deeltjes bestudeerd, met de bedoeling om via de analyse van de ESR-eigenschappen van ingebedde intrinsieke puntdefecten, informatie te verkrijgen op reële atomaire schaal van de invloed van de sterke dimensionele reductie. Ter verhoging van de detectiviteit en resolutie werd het ESR-onderzoek uitgevoerd in combinatie met verschillende types van bestraling, zoals UV, VUV, en 60Co-gamma straling. Voor het eerst werden in de nano-deeltjes verschillende puntdefecten gedetecteerd zoals E’, het zuurstof peroxy-radicaal, het methyl radicaal, en een ongekend signaal met axiale symmetrie (g//=2.0041, g * * * * * * * Today, we want our devices based on semiconductor devices to be ever smaller, faster, more multi-functional, and, if possible, also cheaper. For years now industry has been able to meet these demands bringing e.g., tiny cell phones, MP3-players, photo and video cameras, and laptops on the market. The word 'nano' has even surpassed its scientific meaning (unit prefix) and became the magic word to sell electronic devices and even washing-powder. Up to present, the success of semiconductor-based industry has been the scalability of the microelectronics. More powerful chips could be realized through scaling of the metal-oxide-semiconductor (MOS) device dimensions. Using the Si/SiO2 entity as basic building block, this down-scaling was successfully accomplished for gate thicknesses down to the 1-nm range. At this very moment, however, semiconductor industry has reached the end of the road for pure Si/SiO2 based technology. Further down-scaling of the SiO2 gate oxide layer would induce excessive leakage currents because of direct tunneling, and moreover, serious reliability problems. This means that to keep on track with the requested advances in semiconductor devices an alternative "new" gate insulating material will be required for future generations of MOS devices. As an obvious solution, an insulator with a higher value of dielectric constant (k) would allow one to use a physically thicker oxide layer retaining the same gate capacitance. The use of such an alternative insulator instead of the extensively studied SiO2 oxide brings about unforeseen problems associated with, e.g., interlayer formation and dopant penetration. Many candidate materials have been studied, leaving us with more questions than answers. In search for some fundamental answers three of these so-called high-k materials, ZrO2, HfO2, and LaAlO3, were studied in this thesis and are the subject of chapters 3 and 4. Another outcome of the current nano-wave is the rising popularity of, e.g., nanoparticles, nanowires, and nanotubes. Scaling down the SiO2 dielectric to such small dimensions, however, changes its electrical and optical properties, opening a whole new area of research. The characterization of the structure of SiO2 nanoparticles is the subject of chapter 2. The last few years, applied and fundamental research of nano-structures has grown exponentially revealing the upcoming relative impact of defects in the core of the nano-materials (nanoparticles, nanotubes, ultrathin layers) as well as at the interface. The study of point defects subsequently became of general interest since the presence of one single point defect can play a crucial definite part in the optical and electronic properties, such as, e.g., photoluminescence, doping of semiconductor nanoparticles, and conduction (in e.g., carbon nanotubes), of the nano-structures. To gain a better understanding of the detrimental influence of the presence of point defects atomic identification of occurring point defects is of vital importance. Up to the present the only known technique able to reveal the required atomic-scale information is electron spin resonance. Hence, in this thesis we will use electron spin resonance to monitor, characterize, and hopefully identify occurring point defects in a range of materials of interest for future developments in semiconductor nano-technology. The outline of this thesis is as follows: Chapter 1 starts with a summary of some elementary notions of the theory and practice of electron spin resonance experiments. Further a brief overview of the characteristics of some occurring defects is Si/SiO2 and in Si/high-k structures is given. In chapter 2 an extensive electron spin resonance study is presented of fumed silica nanoparticles. Monitoring occurring point defects as a function of post-formation heating and treatment revealed interesting atomic-scale information concerning the particles' network structure. The third chapter reports on the observation of P-impurity related point defects in nm-thick P-implanted HfO2 films on (100)Si and in ZrO2 powder -two oxides prominent in current high-k insulator research. It is shown that the incorporation of P in these high-k oxides results in ESR-active defects possibly acting as hole traps. This finding is important in view of the observed enhanced dopant penetration through HfO2 layers during the necessary dopant activation anneals. The study of the nature and stability of the (100)Si/LaAlO3 interface is the subject of chapter 4. Here it is demonstrated that the interface is abrupt and stable for annealing up to about 800 °C. It is evidenced that upon annealing in the range 800-860 °C a Si/SiO2-type interlayer starts forming. Upon annealing at temperatures higher then 930 °C the interlayer with SiOx nature is found to break up. The latter is possibly related crystallization and possibly silicate formation. In the last chapter the influence of ion implantation in amorphous bulk SiO2 was studied. In cooperation with R. Weeks (Vanderbilt University, USA), R. Magruder (Belmont University, USA), and R. Weller (Vanderbilt University, USA) the densities of observed defects were compared to the optical absorption bands around 4.8 and 5.3 eV. In this manner information could be obtained concerning the source of the optical absorptions. This thesis ends with a summary and general conclusions of the experimental work performed. Tegenwoordig verwachten we dat onze gebruiksvoorwerpen gebaseerd op halfgeleidertechnologie steeds kleiner, sneller, multifunctioneler, en – als het even kan- ook nog goedkoper worden. Gedurende jaren is de industrie er in geslaagd om tegemoet te komen aan deze eisen door onder andere miniatuur GSMs, MP3-spelers, foto- en videocamera’s, en labtops op de markt brengen. Het woord “nano” is zelfs boven zijn wetenschappelijke betekenis (eenheid prefix) uitgestegen en werd het toverwoord in de reclame wereld om alles, van elektronica tot waspoeder, aan de man te brengen. De elementaire eenheid die decennia lang aan de basis lag van alle geavanceerde toepassingen was de Si/SiO2-structuur. Het succes van de halfgeleiderindustrie was tot nu toe gebaseerd op de schaalbaarheid van de op Si/SiO2-gebaseerde micro-elektronica: krachtigere chips konden bekomen worden door de afmetingen van de metaal-oxide-halfgeleider (MOS) componenten steeds kleiner te maken. Op dit moment is het punt echter bereikt waar verdere “schaling” van de Si/SiO2-gebaseerde componenten volgens de “klassieke” weg onmogelijk wordt vermits dit zou leiden tot onaanvaardbare problemen met de performantie en betrouwbaarheid van de MOS componenten. De nieuwe generatie transistoren zal alternatieve “nieuwe” isolerende poort materialen nodig hebben. Een voor de hand liggende oplossing is het gebruik van een isolator met een hogere diëlektrische constante (k) waardoor een fysisch dikkere oxide laag kan gebruikt worden zonder dat de capaciteit van de poort hierbij moet inboeten. Een ander gevolg van de huidige nano-rage is de stijgende populariteit van, o.a., nano-deeltjes, nano-draden, en nano-buisjes. Wanneer men oxides schaalt tot deze kleine dimensies (~10-8-10-9 m) veranderen echter hun elektrische en optische eigenschappen, waadoor onderzoekers weer van voor af aan kunnen beginnen met het bepalen van de materiaaleigenschappen. De toenemende miniaturisatie heeft tot gevolg dat de relatieve impact van atomaire defecten ¾afwijkingen van de standaard samenstelling en ordening van de materie op atomaire schaal¾ drastisch toeneemt. De elektron spin resonantie (ESR) techniek is de uitgelezen techniek voor de observatie, en vooral, identificatie van zulke defecten. In deze thesis werd ESR dan ook aangewend om optredende puntdefecten te monitoren, karakteriseren, en identificeren in een aantal materialen die mogelijk gebruikt kunnen worden in toekomstige halgeleider nano-technologieën. In een eerste fase werden pyrolytisch gevormde SiO2-nanodeeltjes bestudeerd, met de bedoeling om via de analyse van de ESR-eigenschappen van ingebedde intrinsieke puntdefecten, informatie te verkrijgen op reële atomaire schaal van de invloed van de sterke dimensionele reductie. Voor het eerst werden in de nano-deeltjes verschillende puntdefecten gedetecteerd (zoals E’ en het zuurstof peroxy-radicaal). Een grondige studie van de ESR-parameters van deze defecten als functie van onder andere bestraling en de postdepositie warmtebehandeling leverde een bijkomend inzicht in de specifieke structuur van de nanodeeltjes op atomair niveau. In een tweede luik werden enkele veel belovende hoge-k oxiden bestudeerd: We slaagden erin om P-onzuiverheid gerelateerde puntdefecten te observeren in nm-dunne P-geïmplanteerde HfO2-lagen op (100)Si en in ZrO2-poeder. Er werd aangetoond dat de integratie van P in deze hoge-k oxiden resulteert in ESR-actieve puntdefecten. Vermits er een versterkte diffusie van additieven (P) werd vastgesteld in HfO2-lagen is de identificatie van resulterende P-geassocieerde defecten van cruciaal belang. Deze defecten kunnen immers optreden als schadelijke ladingsvallen. Als laatste binnen het hoge-k hoofdstuk werd de natuur en stabiliteit van de (100)Si/LaAlO3 grenslaag bestudeerd. Er werd aangetoond dat de grenslaag abrupt en stabiel is voor warmtebehandelingen tot ongeveer 800 °C. Na een warmtebehandeling bij 800-860 °C begint zich echter een Si/SiO2-type grenslaag te vormen. Deze SiO2(x) natuur van de interlaag blijkt echter terug op te breken na een warmtebehandeling bij temperaturen hoger dan 930 °C. Dit is mogelijk gerelateerd met kristallisatie en/of silicaat vorming. In een laatste hoofdstuk werd gekeken naar de invloed van ionenimplantatie (O en Si) in amorf SiO2. In samenwerking met R. Weeks (Vanderbilt University, USA), R. Magruder (Belmont University, USA) en R. Weller (Vanderbilt University, USA) werden de geobserveerde ESR-defect dichtheden vergeleken met de optische absorptie banden rond 4.8 eV en 5.3 eV. Zo kon informatie verkregen worden over de bron van de geobserveerde optische absorpties.

Academic collection --- 669 --- 53 --- 669 Metallurgy --- Metallurgy --- Theses