Эволюция проводимости и катодолюминесценции пленок оксида гафния при изменении концентрации вакансий кислорода

Изучена зависимость проводимости пленок оксида гафния HfO$_{2}$, синтезированных в разных режимах. В зависимости от режимов синтеза проводимость HfO$_{2}$ при фиксированном электрическом поле 1.0 MV/cm изменяется на четыре порядка. Установлено, что проводимость HfO$_{2}$ лимитируется моделью фонон-облегченного туннелирования между ловушками. Определены термическая $W_{t}$ = 1.25 eV и оптическая $W_{\operatorname{opt}}$ = 2.5 eV энергии ловушек в HfO$_{2}$. Установлено, что экспоненциально сильный разброс проводимости HfO$_{2}$ обусловлен изменением концентрации ловушек в диапазоне 4 $\cdot$ 10$^{19}$–2.5 $\cdot$ 10$^{22}$ cm$^{-3}$. В спектрах катодолюминесценции HfO$_{2}$ наблюдается голубая полоса с энергией 2.7 eV, обусловленная вакансиями кислорода. Обнаружена корреляция между концентрацией ловушек и интенсивностью катодолюминесценции, а также между концентрацией ловушек и показателем преломления. Предложен неразрушающий in situ метод определения концентрации ловушек оксида гафния с помощью измерения показателя преломления. Выявлены оптимальные значения концентраций вакансий кислорода для излучающих приборов на основе пленок HfO$_{2}$.