We report the use of plasma-enhanced atomic layer deposition (PEALD) to fabricate single-electron transistors (SETs) featuring ultra-thin (~1 nm) tunnel-transparent SiO2 in Ni-SiO2-Ni tunnel junctions. We show that as a result of the O2 plasma steps in PEALD of SiO2, the top surface of the underlying Ni electrode is oxidized. Additionally, the bottom surface of the upper Ni layer is also oxidized where it is in contact with the deposited SiO2, most likely as a result of oxygen-containing species on the surface of the SiO2. Due to the presence of these surface parasitic layers of NiO, which exhibit features typical of thermally activated transport, the resistance of Ni-SiO2-Ni tunnel junctions is drastically increased. Moreover, the transport mechanism is changed from quantum tunneling through the dielectric barrier to one consistent with thermally activated resistors in series with tunnel junctions. The reduction of NiO to Ni is therefore required to restore the metal-insulator-metal (MIM) structure of the junctions. Rapid thermal annealing in a forming gas ambient at elevated temperatures is presented as a technique to reduce both parasitic oxide layers. This method is of great interest for devices that rely on MIM tunnel junctions with ultra-thin barriers. Using this technique, we successfully fabricated MIM SETs with minimal trace of parasitic NiO component. We demonstrate that the properties of the tunnel barrier in nanoscale tunnel junctions can be evaluated by electrical characterization of SETs.


翻译:我们报告在Ni-SiO2-Ni隧道交叉口使用等离子强化原子层沉降(PEALD)来制造以超深(~1纳米)为主的单电子晶体管(SETs),在Ni-SiO2-Ni隧道交叉口使用地道透明SiO2;我们显示,由于SiO2-Ni隧道连接点的O2等离子步骤,尼电底层的顶部表面被氧化;此外,在与沉积的SiO2层接触时,上尼层的底表面也被氧化;因此,由于SiO表面含有含氧的物种,极深层的SiOiO层存在这些典型的地表层寄生性寄生性层;由于这种热能运输特征的典型特征,Ni-SiO2Ni隧道连接点的阻力急剧增加;此外,从离子电层的量隧道的顶层改为与最小的电阻力阻力阻力结合的一层;因此,NiO的底层与铁内含含氧的物种的物种结构的中层的中层结构需要恢复金属-内层结构,这是SIMI-I-I-I-I-I-I-I-I-在高层的高度结构的高度的高度技术的高度结构上的一种稳定,这是一种成功的压技术的高度的压。

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