Dielectric Engineering of Nanostructured Layers to Control the Transport of Injected Charges in Thin Dielectrics

Autor: Gilbert Teyssedre, Laurent Boudou, Christina Villeneuve-Faure, Caroline Bonafos, Kremena Makasheva, Alessandro Pugliara, Christian Laurent, Bernard Despax
Přispěvatelé: Laboratoire Plasma et Conversion d'Energie [Toulouse] ( LAPLACE ), Institut National Polytechnique [Toulouse] ( INP ) -Université Paul Sabatier - Toulouse 3 ( UPS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales ( CEMES ), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Université Paul Sabatier - Toulouse 3 ( UPS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Matériaux et Procédés Plasmas (LAPLACE-MPP), LAboratoire PLasma et Conversion d'Energie (LAPLACE), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT), Diélectriques Solides et Fiabilité (LAPLACE-DSF), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2016
Předmět:
Silicon nitride
Silicon oxynitride
Materials science
Electric switches
Silver
Silicon
Silicon oxides
Capacitive sensing
Gate dielectric
chemistry.chemical_element
Metal nanoparticles
Nanotechnology
Silver nanoparticles (AgNps)
02 engineering and technology
Dielectric
Silicon oxynitride layers
01 natural sciences
[SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials
Dielectric materials
chemistry.chemical_compound
Electrostatics
0103 physical sciences
Environmental conditions
Electrical and Electronic Engineering
Electrical conductor
010302 applied physics
Nanostructured dielectrics
[ PHYS ] Physics [physics]
Plasma process
business.industry
Plasma
Orders of magnitude (numbers)
021001 nanoscience & nanotechnology
Computer Science Applications
Silicon nanoparticles
RF MEMS capacitive switches
MEMS
chemistry
Optoelectronics
Nanoparticles
Electrostatic actuators
Silver nanoparticles
0210 nano-technology
business
Zdroj: IEEE Transactions on Nanotechnology
IEEE Transactions on Nanotechnology, 2016, 15 (6), pp.839-848. 〈10.1109/TNANO.2016.2553179〉
IEEE Transactions on Nanotechnology, 2016, 15 (6), pp.839-848. ⟨10.1109/TNANO.2016.2553179⟩
IEEE Transactions on Nanotechnology, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2016, 15 (6), pp.839-848. ⟨10.1109/TNANO.2016.2553179⟩
ISSN: 1536-125X
DOI: 10.1109/TNANO.2016.2553179〉
Popis: cited By 3; International audience; A new concept concerning dielectric engineering is presented in this study aiming at a net improvement of the performance of dielectric layers in RF MEMS capacitive switches with electrostatic actuation and an increase of their reliability. Instead of synthesis of new dielectric materials, we have developed a new class of dielectric layers that gain their performance from design rather than from composition. Two kinds of nanostructured dielectrics are presented. They consist of 1) silicon oxynitride layers (SiOxNy:H) with gradual variation of their properties (discrete or continuous) and 2) organosilicon (SiOxCy:H) and/or silica (SiO 2) layers with tailored interfaces; a single layer of silver nanoparticles (AgNPs) is embedded in the vicinity of the dielectric free surface. The nanostructured dielectric layers were deposited in a plasma process. They were structurally characterized and tested under electrical stress and environmental conditions typical for RF MEMS operation. The charge injection and decay dynamics were probed by Kelvin force microscopy. Modulation of the conductive properties of the nanostructured layers over seven orders of magnitude is achieved. Compared to dielectric monolayers, the nanostructured ones exhibit much shorter charge retention times. They appear to be promising candidates for implementation in RF MEMS capacitive switches with electrostatic actuation, and more generally for applications where surface charging must be avoided.
Databáze: OpenAIRE
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