High dielectric constant oxides for CMOS technology

Abstract

Hidrogénio em óxidos de terras raras paramagnéticas (óxido de neodímio) foi investigado através de medidas de espectroscopia de muão positivo obtidas nas instalações da ISIS obtidas com o detector EMU (Laboratório Rutherford Appleton , Reino Unido). Muonio, é como um pesudo-isótopo leve do hidrogénio, usado para imitar a configuração electrónica do hidrogénio. Foram identificados duas configurações do muonio: uma configuração de estado dador no local de ligação com o oxigénio e um estado aceitador no espaço intersticial. Uma componente de relaxação rápida também é observada, no qual é identificada com a estado de transição do muonio durante a sua formação componente de relaxação rápida apresenta uma mudança de frequência negativa no qual se interpretou como o efeito da magnetização para magnética a baixas temperaturas, conjugação com medidas auxiliares de magnetometria realizadas nas instalações do TAIL da universidade de Coimbra. Fio também permitido identificar a energia de barreira no ensaio representado com a dependência de temperatura a transição da fracção em falta que é o estado no qual muonico que se encontra no espaço intersticial a converter para a formação de ligação com o oxigénio, sendo a energia de activação deste processo de 0.5eV, assim como a barreira de energia da difusão a partícula carregada positivamente acima da temperatura ambiente, sendo esta de 0.14 eV Esta foi a primeira tentativa de caracterizar a configuração do hidrogénio em óxidos paramagnéticos usando o muão que é uma sonda magnética sensível a campos locais e os resultados mostram claramente a fiabilidade do método.

Hydrogen in the paramagnetic rare earth oxide Nd2O3 (neodymium sesquioxide) was investigated through muon spin spectroscopy measurements obtained at the EMU instrument of the ISIS Facility (Rutherford Appleton Laboratory, United Kingdom). Muonium, as a light pseudo-isotope of hydrogen, was used to mimic the electronic configurations of hydrogen. Both the donor-like configuration at an oxygen-bound site and the acceptor-like configuration at an interstitial site have been identified. A fast relaxing component is also observed, which is identified with a transition muonium state occurring during the formation. This fast component presents a negative frequency shift that we interpret as an effect of the paramagnetic magnetization at low-temperatures, in conjunction with ancillary magnetometry measurements performed at the TAIL Facility of the University of Coimbra. The temperature dependence of the fractions allows identifying the conversion barrier from the interstitial configuration to the oxygen-bound configuration with an activation energy of 0.5 eV, as well as the barrier height from the transition state to the oxygen-bound configuration at 0.14 eV. The diffusion of the positively charged species above room temperature is also identified as an activated process with an activation energy of 0.14 eV. This is the first attempt to characterize the hydrogen configurations at a paramagnetic oxide using the sensitive muon probe, and the results clearly show the feasibility of the method.