原位后掺杂等离子体辅助Al掺杂TiO<sub>2</sub>原子层沉积：亚纳米晶格排序与缺陷消除

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原位后掺杂等离子体辅助Al掺杂TiO₂原子层沉积：亚纳米晶格排序与缺陷消除

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本文提出了原位后掺杂等离子体辅助Al掺杂TiO₂子层沉积（ALD）方法，核心解决传统超循环ALD制备ATO过程中因掺杂剂诱导晶格无序导致的结晶度损失，以及Al掺杂无法消除TiO₂固有氧空位（VO）的关键问题。本研究在Al掺杂完成后，立即引入单步原位Ar/O₂后掺杂等离子体（PDP）工艺，成功实现原子尺度下掺杂剂迁移介导的结晶过程与氧空位消除的同步进行。该工艺不仅降低了掺杂剂表面浓度，减少了掺杂剂诱导的晶格畸变，还促进了高结晶度籽晶层状表面的形成，进而实现了显著的金红石相恢复及晶格匹配生长的增强。此外，PDP工艺通过促进活性氧物种与氧空位的复合，显著降低了氧空位与晶格氧的比例，使导带偏移量（CBO）提升0.4 eV。尽管介电常数与漏电流之间通常存在权衡关系，但Pt/PDP-ATO/Ru电容器仍实现了介电常数提升30%、漏电流密度降低1.6个数量级的同步优化。本研究提出的原位后掺杂等离子体辅助ALD工艺，为亚纳米晶格排序与缺陷消除提供了有效解决方案，凸显了ATO材料在高k电介质领域，尤其是DRAM电容器中的应用潜力。