Work function modulation and thermal stability of reduced graphene oxide gate electrodes in MOS devices

ACS Applied Materials and Interfaces

Volumn 6, Issue 2, 2014, Pages 786-794

  Misra, Abhishek ^a   Kalita, Hemen ^a   Kottantharayil, Anil ^a  

^a INDIAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY BOMBAY   (India)

Author keywords

CMOS; dielectric reliability; Fourier transform infrared spectroscopy; graphene; reduced graphene oxide; thermal stability; work function tuning

Indexed keywords

COMPLEMENTARY METAL OXIDE SEMICONDUCTORS; DIELECTRIC RELIABILITY; ORGANIC LIGHT EMITTING DIODES(OLEDS); OXYGEN CONCENTRATIONS; REDUCED GRAPHENE OXIDES; REDUCED GRAPHENE OXIDES (RGO); WORK FUNCTION MODULATION; WORK FUNCTION TUNING;

CMOS INTEGRATED CIRCUITS; ELECTRODES; FOURIER TRANSFORM INFRARED SPECTROSCOPY; GATE DIELECTRICS; LIGHT EMITTING DIODES; METALS; MODULATION; OXYGEN; PHOTOELECTRONS; REFRACTORY METAL COMPOUNDS; THERMODYNAMIC STABILITY; TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPY; WORK FUNCTION; X RAY PHOTOELECTRON SPECTROSCOPY;

GRAPHENE;

EID: 84892923538     PISSN: 19448244     EISSN: 19448252     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/am404649a     Document Type: Article

References (67)

1. Novoselov, K. S.; Falko, V. I.; Colombo, L.; Gellert, P. R.; Schwab, M. G.; Kim, K. Nature 2012, 490, 192
2. Xia, F.; Mueller, T.; Lin, Y. M.; Garcia, A. V.; Avouris, P. Nat. Nanotechnol. 2009, 4, 839
3. Liao, L.; Bai, J.; Cheng, R.; Lin, Y. C.; Jiang, S.; Qu, Y.; Huang, Y.; Duan, X. Nano Lett. 2009, 10, 3430
4. Badmaev, A.; Che, Y.; Li, Z.; Wang, C.; Zhou, C. ACS Nano 2012, 6, 3371
5. Liu, M.; Yin, X.; Avila, E. U.; Geng, B.; Zentgraf, T.; Ju, L.; Wang, F.; Zhang, X. Nature 2011, 474, 64
6. Han, T. H.; Lee, Y.; Choi, M. R.; Woo, S. H.; Bae, S. H.; Hong, R. H.; Ahn, J. H.; Lee, T. W. Nat. Photonics 2012, 6, 105
7. Sun, T.; Wang, Z. L.; Shi, Z. J.; Ran, G. Z.; Xu, W. J. Appl. Phys. Lett. 2010, 96, 133301
8. Jo, G.; Na, S. In.; Oh, S. H.; Lee, S.; Kim, T. S.; Wang, G.; Choe, M.; Park, W.; Yoon, J.; Kim, D. Yu. Appl. Phys. Lett. 2010, 97, 213310
9. Hwang, J. O.; Park, J. S.; Choi, D. S.; Kim, J. Y.; Lee, S. H.; Lee, K. E.; Kim, Y. H.; Song, M. H.; Yoo, S.; Kim, S. O. ACS Nano 2010, 6, 159
10. Park, H.; Brown, P. R.; Bulovic, V.; Kong, K. Nano Lett. 2012, 12, 133
11. Ou, X.; Jiang, L.; Chen, P.; Zhu, M.; Hu, W.; Liu, M.; Zhu, J.; Ju, H. Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 2422
12. Lee, W. H.; Park, J.; Sim, S. H.; Lim, S.; Kim, K. S.; Hong, B. H.; Cho, K. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 4447
13. Wu, J.; Becerril, H. A.; Bao, Z.; Liu, Z.; Chen, Y. Appl. Phys. Lett. 2008, 92, 263302
14. Kwon, K. C.; Choi, K. S.; Kim, S. Y. Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 4724
15. Hwang, J.; Choi, H. K.; Moon, J.; Kim, T. Y.; Shin, J. W.; Joo, C. W.; Han, J. H.; Cho, D. H.; Huh, J. W.; Choi, S. Y.; Lee, J. I.; Chu, H. Y. Appl. Phys. Lett. 2012, 100, 133304
16. Kwon, K. C.; Dong, W. J.; Jung, G. H.; Ham, J.; Lee, J. L.; Kim, S. Y. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2013, 109, 148
17. Cox, M.; Jia, Z.; Gorodetsky, A.; Kim, B.; Kim, K. S.; Jia, Z.; Kim, P.; Nuckolls, C.; Kymissis, I. Appl. Phys. Lett. 2011, 98, 123303
18. Kwon, K. C.; Choi, K. S. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 26586
19. International Technology Roadmap for Semiconductors, (2010) Edition. Available online at www.itrs.net.
20. Yeo, Y. C.; Lu, Q.; Ranade, P.; Takeuchi, H.; Yang, K. J.; Polishchuk, I.; King, T. J.; Hu, C.; Song, S. C.; Luan, H. F. IEEE Electron Device Lett. 2001, 22, 227
21. Hsu, P. F.; Hou, Y. T.; Yen, F. Y.; Chang, V. S.; Lim, P. S.; Hung, C. L.; Yao, L. G.; Jiang, J. C.; Lin, H. J.; Chiou, J. M. Symp. VLSI Techol., Dig. Tech. Pap. 2006, 11
22. Mistry, K.; Allen, C.; Auth, C.; Beattie, B.; Bergstrom, D.; Bost, M.; Brazier, M.; Buehler, M.; Cappellani, A.; Chau, R. IEDM Tech. Dig. 2007, 247
23. Misra, V.; Zhang, H.; Lazar, H. IEEE Electron Device Lett. 2002, 23, 354
24. Park, D. G.; Cha, T. H.; Lim, K. Y.; Cho, H. J.; Kim, T. K.; Jang, S. A.; Suh, Y. S.; Misra, V.; Yeo, In. S.; Roh, J. S. IEDM Tech. Dig. 2001, 671
25. Polishchuk, I.; Ranade, P.; King, T. J.; Hu, C. IEEE Electron Device Lett. 2002, 23, 200
26. Lin, R.; Lu, Q.; Ranade, P.; King, T. J.; Hu, C. IEEE Electron Device Lett. 2002, 23, 49
27. Jeon, I. S.; Lee, J.; Zhao, P.; Sivasubramani, P.; Oh, T.; Kim, H. J.; Cha, D.; Huang, G.; Kim, M. J.; Gnade, B. E.; Kim, J. IEDM Tech. Dig. 2004, 303
28. Lin, C. T.; Ramin, M.; Pas, M.; Wise, R.; Fang, Y. K.; Hsu, C. H.; Huang, Y. T.; Cheng, L. W.; Ma, M. IEEE Electron Device Lett. 2007, 28, 831
29. Kittl, J. A.; Lauwers, A.; Veloso, A.; Hoffmann, T.; Kubicek, S.; Niwa, M.; Vandal, M. J. H; Pawlak, M. A.; Brus, S.; Demeurisse, C. IEEE Electron Device Lett. 2007, 27, 966
30. Tsui, B. Y.; Huang, C. F. IEEE Electron Device Lett. 2003, 24, 153
31. Hibino, H.; Kageshima, H.; Kotsugi, M.; Maeda, F.; Guo, F. Z.; Watanabe, Y. Phys. Rev. B 2009, 79, 125437
32. Yu, Y. J.; Zhao, Y.; Ryu, S.; Brus, L. E.; Kim, K. S.; Kin, P. Nano Lett. 2009, 9, 3430
33. Park, J. K.; Song, S. M.; Mun, J. H.; Cho, B. J. Nano Lett. 2011, 11, 5383
34. Giovannetti, G.; Khomyakov, P. A.; Brocks, G.; Karpan, V. M.; Brink, J. V. D.; Kelly, P. J. Phys. Rev. Lett. 2008, 101, 026803
35. Pi, K.; McCreary, K. M.; Bao, W.; Han, W.; Chiang, Y. F.; Li, Y.; Tsai, S. W.; Lau, C. N.; Kawakami, R. K. Phys. Rev. B 2009, 80, 075406
36. Gong, C.; Lee, G.; Shan, B.; Vogel, E. M.; Wallace, R. M.; Cho, K. J. Appl. Phys. 2010, 108, 123711
37. Santos, J. E.; Peres, N. M. R.; Lopes dos Santos, J. M. B.; Neto, A. H. C. Phys. Rev. B 2011, 84, 085430
38. Zeigler, D.; Gava, P.; Guttinger, J.; Molitor, F.; Wirtz, L.; Lazzeri, M.; Saitta, A. M.; Stemmer, A.; Mauri, F.; Stampfer, C. Phys. Rev. B 2011, 83, 235434
39. Ihm, K.; Tim, J.; Lee, K. J.; Kwon, J. W.; Kang, T. H.; Chung, S.; Bae, S.; Kim, J. H.; Hong, B. H.; Yeom, G. Y. Appl. Phys. Lett. 2010, 97, 032113
40. Park, J. K.; Song, S. M.; Mun, J. H.; Cho, B. J. Symp. VLSI Technol., Dig. Tech. Pap. 2012, 31
41. Song, S. M.; Park, J. K.; Sul, O. J.; Cho, B. J. Nano Lett. 2012, 12, 3887
42. Misra, A.; Waikar, M.; Gour, A.; Kalita, H.; Khare, M.; Aslam, M.; Kottantharayil, A. Appl. Phys. Lett. 2012, 100, 233506
43. Wang, X.; Zhi, L.; Mullen, K. Nano Lett. 2008, 8, 323
44. Park, S.; Ruoff, R. S. Nat. Nanotechnol. 2009, 4, 217
45. Wobkenberg, P. H.; Eda, G.; Leem, D.-S.; de Mello, J. C.; Bradly, D. D. C.; Chhowalla, M.; Anthopoulos, T. D. Adv. Mater. 2011, 23, 1558
46. Eda, G.; Lin, Y. Y.; Miller, S.; Chen, C. W.; Su, W. F.; Chhowalla, M. Appl. Phys. Lett. 2008, 92, 233305
47. Pang, S.; Tsao, H. N.; Feng, X.; Mullen, K. Adv. Mater. 2009, 21, 3488
48. Wu, J.; Agrawal, M.; Becerril, H. A.; Bao, Z.; Liu, Z.; Chen, Y.; Peumans, P. ACS Nano 2010, 4, 43
49. Nicollian, E. H.; Brews, J. R. In MOS (Metal Oxide Semiconductor) Physics and Technology; Wiley: New York, 1982; p 426.
50. Zhang, J. F.; Zhao, C. Z.; Zahid, M. B.; Groeseneken, G.; Degraeve, R.; Gendt, S. D. IEEE Electron Device Lett. 2006, 27, 817
51. Felnhofer, D.; Gusev, E. P.; Jamison, P.; Buchanan, D. A. Microelectron. Eng. 2005, 80, 58
52. Xiong, H. D.; Heh, D.; Gurufinkel, M.; Li, Q.; Shapira, Y.; Richter, C.; Bersuker, G.; Choi, R.; Suehle, J. S. Microelectron. Eng. 2007, 84, 2230
53. Park, Y.; Choong, V.; Gao, Y.; Hsieh, B. R.; Tang, C. W. Appl. Phys. Lett. 1996, 68, 2699
54. Kim, J. S.; Lagel, B.; Moons, E.; Johansson, N.; Baikie, I. D.; Salaneck, W. R.; Friend, R. H.; Cacialli, F. Synth. Met. 2000, 111-112, 311
55. Gutmann, S.; Conrad, M.; Wolak, M. A.; Beerbom, M. M.; Schlaf, R. J. Appl. Phys. 2012, 111, 123710
56. Yu, H. Y.; Ren, C.; Yeo, Y. C.; Kang, J. F.; Wang, X. P.; Ma, H. H. H.; Li, M. Fu.; Chan, D. S. H.; Kwog, D. L. IEEE Electron Device Lett. 2004, 25, 337
57. Gan, Y.; Sun, L.; Banhart, F. Small 2008, 4, 587
58. Kim, H. Y.; Lee, C.; Kim, J.; Ren, F.; Pearton, S. J. J. Vac. Sci. Technol., B 2012, 30, 030602
59. Kumar, P. V.; Bernardi, M.; Grossman, J. C. ACS Nano 2013, 2, 1638
60. Acik, M.; Lee, G.; Mattevi, C.; Chhowalla, M.; Cho, K.; Chabal, Y.J. Nat. Mater. 2010, 9, 840-845
61. Ganguly, A.; Sharma, S.; Papakonstantinou, P.; Hamilton, J. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 17009
62. Yang, D.; Velamakanni, A.; Bozoklu, Gu. L.; Park, S.; Stoller, M.; Piner, R. D.; Stankovich, S.; Jung, I.; Field, D. A.; Ventrice, C. A. J.; Ruoff, R. S. Carbon 2009, 47, 145
63. Lee, S. W.; Mattevi, C.; Chhowalla, M.; Sankaram, R. M. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 772
64. Chan, K. T.; Neaton, J. B.; Cohen, M. L. Phys. Rev. B 2008, 77, 235430
65. Xia, F.; Pereveinos, V.; Lin, Y. M.; Wu, Y.; Avouris, P. Nat. Nanotechnol. 2011, 6, 179
66. Khomyakov, P. A.; Giovannetti, G.; Rusu, P. C.; Brocks, G.; Brink, J. V. D.; Kelly, P. J. Phys. Rev. B 2009, 79, 195425
67. Vanin, M.; Mortensen, J. J.; Kelkkanen, A. K.; Garcia-Lastra, J. M.; Thygesen, K. S.; Jacobsen, K. W. Phys. Rev. B 2010, 81, 081408(R)