Quantitatively enhanced reliability and uniformity of high-κ dielectrics on graphene enabled by self-assembled seeding layers

Nano Letters

Volumn 13, Issue 3, 2013, Pages 1162-1167

  Sangwan, Vinod K ^a   Jariwala, Deep ^a   Filippone, Stephen A ^a,c   Karmel, Hunter J ^a   Johns, James E ^a   Alaboson, Justice M P ^a   Marks, Tobin J ^a,b   Lauhon, Lincoln J ^a   Hersam, Mark C ^a,b  

^a Northwestern University   (United States)

^b NORTHWESTERN UNIVERSITY   (United States)

^c Johns Hopkins University   (United States)

Author keywords

alumina; dielectric breakdown; Epitaxial graphene; hafnia; nanoelectronics; Weibull analysis

Indexed keywords

BREAKDOWN CHARACTERISTICS; DIELECTRIC STRENGTHS; EPITAXIAL GRAPHENE; HAFNIA; PERYLENE-3 ,4 ,9 ,10-TETRACARBOXYLIC DIANHYDRIDE; SIMULTANEOUS OPTIMIZATION; WEIBULL ANALYSIS; WEIBULL SCALE PARAMETERS;

ALUMINA; DIELECTRIC MATERIALS; ELECTRIC BREAKDOWN; GRAPHENE; HAFNIUM OXIDES; MONOLAYERS; NANOELECTRONICS;

GATE DIELECTRICS;

EID: 84874961490     PISSN: 15306984     EISSN: 15306992     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/nl3045553     Document Type: Article

References (54)

1. Sofield, C. J.; Stoneham, A. M. Semiconductor Sci. Technol. 1995, 10, 215
2. Verwey, J. F.; Amerasekera, E. A.; Bisschop, J. Rep. Prog. Phys. 1990, 53, 1297
3. Schwierz, F. Nat. Nanotechnol. 2010, 5, 487
4. Novoselov, K. S.; Geim, A. K.; Morozov, S. V.; Jiang, D.; Zhang, Y.; Dubonos, S. V.; Grigorieva, I. V.; Firsov, A. A. Science 2004, 306, 666
5. Jariwala, D.; Sangwan, V. K.; Lauhon, L. J.; Marks, T. J.; Hersam, M. C. Chem. Soc. Rev. 2013, 10.1039/c2cs35335k
6. Novoselov, K. S.; Falko, V. I.; Colombo, L.; Gellert, P. R.; Schwab, M. G.; Kim, K. Nature 2012, 490, 192
7. Banerjee, S. K.; Register, L. F.; Tutuc, E.; Basu, D.; Seyoung, K.; Reddy, D.; MacDonald, A. H. Proc. IEEE 2010, 98, 2032
8. Dharmendar, R.; Leonard, F. R.; Gary, D. C.; Sanjay, K. B. J. Phys. D: Appl. Phys. 2011, 44, 313001
9. Morozov, S. V.; Novoselov, K. S.; Katsnelson, M. I.; Schedin, F.; Elias, D. C.; Jaszczak, J. A.; Geim, A. K. Phys. Rev. Lett. 2008, 100, 016602
10. Dean, C. R.; Young, A. F.; Meric, I.; Lee, C.; Wang, L.; Sorgenfrei, S.; Watanabe, K.; Taniguchi, T.; Kim, P.; Shepard, K. L.; Hone, J. Nat. Nanotechnol. 2010, 5, 722
11. Farmer, D. B.; Chiu, H.-Y.; Lin, Y.-M.; Jenkins, K. A.; Xia, F.; Avouris, P. Nano Lett. 2009, 9, 4474
12. Lin, Y.-M.; Dimitrakopoulos, C.; Jenkins, K. A.; Farmer, D. B.; Chiu, H.-Y.; Grill, A.; Avouris, P. Science 2010, 327, 662
13. Lin, Y.-M.; Valdes-Garcia, A.; Han, S.-J.; Farmer, D. B.; Meric, I.; Sun, Y.; Wu, Y.; Dimitrakopoulos, C.; Grill, A.; Avouris, P.; Jenkins, K. A. Science 2011, 332, 1294
14. Wu, Y.; Lin, Y.-M.; Bol, A. A.; Jenkins, K. A.; Xia, F.; Farmer, D. B.; Zhu, Y.; Avouris, P. Nature 2011, 472, 74
15. Xu, H.; Zhang, Z.; Xu, H.; Wang, Z.; Wang, S.; Peng, L.-M. ACS Nano 2011, 5, 5031
16. Bolotin, K. I.; Sikes, K. J.; Jiang, Z.; Klima, M.; Fudenberg, G.; Hone, J.; Kim, P.; Stormer, H. L. Solid State Commun. 2008, 146, 351
17. Meric, I.; Han, M. Y.; Young, A. F.; Ozyilmaz, B.; Kim, P.; Shepard, K. L. Nat. Nanotechnol. 2008, 3, 654
18. Obeng, Y.; Srinivasan, P. Electrochem. Soc. Interface 2011, 20, 47
19. Liao, L.; Bai, J.; Qu, Y.; Lin, Y.-C.; Li, Y.; Huang, Y.; Duan, X. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2010, 107, 6711
20. Liao, L.; Lin, Y.-C.; Bao, M.; Cheng, R.; Bai, J.; Liu, Y.; Qu, Y.; Wang, K. L.; Huang, Y.; Duan, X. Nature 2010, 467, 305
21. Liao, L.; Duan, X. Mater. Sci. Eng. R 2010, 70, 354
22. George, S. M. Chem. Rev. 2009, 110, 111
23. Xuan, Y.; Wu, Y. Q.; Shen, T.; Qi, M.; Capano, M. A.; Cooper, J. A.; Ye, P. D. Appl. Phys. Lett. 2008, 92, 013101
24. Garces, N. Y.; Wheeler, V. D.; Gaskill, D. K. J. Vac. Sci. Technol., B 2012, 30, 030801
25. Lin, Y.-M.; Jenkins, K. A.; Valdes-Garcia, A.; Small, J. P.; Farmer, D. B.; Avouris, P. Nano Lett. 2008, 9, 422
26. Shen, T.; Gu, J. J.; Xu, M.; Wu, Y. Q.; Bolen, M. L.; Capano, M. A.; Engel, L. W.; Ye, P. D. Appl. Phys. Lett. 2009, 95, 172105
27. Fallahazad, B.; Lee, K.; Lian, G.; Kim, S.; Corbet, C. M.; Ferrer, D. A.; Colombo, L.; Tutuc, E. Appl. Phys. Lett. 2012, 100, 093112
28. Robinson, J. A.; LaBella, M.; Trumbull, K. A.; Weng, X.; Cavelero, R.; Daniels, T.; Hughes, Z.; Hollander, M.; Fanton, M.; Snyder, D. ACS Nano 2010, 4, 2667
29. Meric, I.; Dean, C. R.; Young, A. F.; Baklitskaya, N.; Tremblay, N. J.; Nuckolls, C.; Kim, P.; Shepard, K. L. Nano Lett. 2011, 11, 1093
30. Shin, W. C.; Kim, T. Y.; Sul, O.; Cho, B. J. Appl. Phys. Lett. 2012, 101, 033507
31. Wu, Y. Q.; Ye, P. D.; Capano, M. A.; Xuan, Y.; Sui, Y.; Qi, M.; Cooper, J. A.; Shen, T.; Pandey, D.; Prakash, G.; Reifenberger, R. Appl. Phys. Lett. 2008, 92, 092102
32. Kim, S.; Nah, J.; Jo, I.; Shahrjerdi, D.; Colombo, L.; Yao, Z.; Tutuc, E.; Banerjee, S. K. Appl. Phys. Lett. 2009, 94, 062107
33. Xu, H.; Zhang, Z.; Wang, Z.; Wang, S.; Liang, X.; Peng, L.-M. ACS Nano 2011, 5, 2340
34. Lee, B.; Mordi, G.; Kim, M. J.; Chabal, Y. J.; Vogel, E. M.; Wallace, R. M.; Cho, K. J.; Colombo, L.; Kim, J. Appl. Phys. Lett. 2010, 97, 043107
35. Lee, B.; Park, S.-Y.; Kim, H.-C.; Cho, K.; Vogel, E. M.; Kim, M. J.; Wallace, R. M.; Kim, J. Appl. Phys. Lett. 2008, 92, 203102
36. Jandhyala, S.; Mordi, G.; Lee, B.; Lee, G.; Floresca, C.; Cha, P.-R.; Ahn, J.; Wallace, R. M.; Chabal, Y. J.; Kim, M. J.; Colombo, L.; Cho, K.; Kim, J. ACS Nano 2012, 6, 2722
37. Johns, J. E.; Karmel, H. J.; Alaboson, J. M. P.; Hersam, M. C. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 1974
38. Wang, Q. H.; Hersam, M. C. Nat. Chem. 2009, 1, 206
39. Alaboson, J. M. P.; Wang, Q. H.; Emery, J. D.; Lipson, A. L.; Bedzyk, M. J.; Elam, J. W.; Pellin, M. J.; Hersam, M. C. ACS Nano 2011, 5, 5223
40. Sah, C. T. Solid-State Electron. 1990, 33, 147
41. Le, J.-L.; Bazant, Z. P.; Bazant, M. Z. J. Appl. Phys. 2009, 106, 104119
42. Wu, E. Y.; Vollertsen, R. P. IEEE Trans. Electron Devices 2002, 49, 2131
43. Weibull, W. J. Appl. Mech. 1951, 18
44. Dissado, L. A.; Fothergill, J. C.; Wolfe, S. V.; Hill, R. M. IEEE Trans. Elect. Insul. 1984, EI-19, 227
45. Hill, R. M.; Dissado, L. A. J. Phys. C: Solid State Phys. 1983, 16, 2145
46. Fang, T.; Konar, A.; Xing, H.; Jena, D. Appl. Phys. Lett. 2007, 91, 092109
47. Xia, J.; Chen, F.; Li, J.; Tao, N. Nat. Nanotechnol. 2009, 4, 505
48. Banerjee, S.; Shen, B.; Chen, I.; Bohlman, J.; Brown, G.; Doering, R. J. Appl. Phys. 1989, 65, 1140
49. Sonde, S.; Giannazzo, F.; Raineri, V.; Yakimova, R.; Huntzinger, J. R.; Tiberj, A.; Camassel, J. Phys. Rev. B 2009, 80, 241406
50. Schlitz, R. A.; Ha, Y.-G.; Marks, T. J.; Lauhon, L. J. ACS Nano 2012, 6, 4452
51. Schlitz, R. A.; Yoon, K.; Fredin, L. A.; Ha, Y.-G.; Ratner, M. A.; Marks, T. J.; Lauhon, L. J. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 3292
52. McPherson, J.; Kim, J. Y.; Shanware, A.; Mogul, H. Appl. Phys. Lett. 2003, 82, 2121
53. Son, J.-Y.; Jeong, S.-W.; Kim, K.-S.; Roh, Y. J. Korean Phys. Soc. 2007, 51
54. Conde, A.; Martínez, C.; Jiménez, D.; Miranda, E.; Rafí, J. M.; Campabadal, F.; Suñé, J. Solid-State Electron. 2012, 71, 48