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A two-dimensional threshold voltage analytical model for metal-gate/high-k/SiO_2 /Si stacked MOSFETs
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作者 马飞 刘红侠 +1 位作者 樊继斌 王树龙 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2012年第10期439-445,共7页
In this paper the influences of the metal-gate and high-k/SiO 2 /Si stacked structure on the metal-oxide-semiconductor field-effect transistor(MOSFET) are investigated.The flat-band voltage is revised by considering... In this paper the influences of the metal-gate and high-k/SiO 2 /Si stacked structure on the metal-oxide-semiconductor field-effect transistor(MOSFET) are investigated.The flat-band voltage is revised by considering the influences of stacked structure and metal-semiconductor work function fluctuation.The two-dimensional Poisson's equation of potential distribution is presented.A threshold voltage analytical model for metal-gate/high-k/SiO 2 /Si stacked MOSFETs is developed by solving these Poisson's equations using the boundary conditions.The model is verified by a two-dimensional device simulator,which provides the basic design guidance for metal-gate/high-k/SiO 2 /Si stacked MOSFETs. 展开更多
关键词 metal-gate HIGH-K work function flat-band voltage threshold voltage metal-oxide-semiconductor field-effect transistor
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Material properties and effective work function of reactive sputtered TaN gate electrodes
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作者 张满红 霍宗亮 +1 位作者 王琴 刘明 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第5期32-35,共4页
The resistivity, crystalline structure and effective work function (EWF) of reactive sputtered TaN has been investigated. As-deposited TaN films have an fcc structure. After post-metal annealing (PMA) at 900℃, th... The resistivity, crystalline structure and effective work function (EWF) of reactive sputtered TaN has been investigated. As-deposited TaN films have an fcc structure. After post-metal annealing (PMA) at 900℃, the TaN films deposited with a N2 flow rate greater than 6.5 sccm keep their fcc structure, while the films deposited with a N2 flow rate lower than 6.25 sccm exhibit a microstructure change. The flatband voltages of gate stacks with TaN films as gate electrodes on SiO2 and HfO2 are also measured. It is concluded that a dipole is formed at the dielectric-TaN interface and its contribution to the EWF of TaN changes with the Ta/N ratio in TaN, the underneath dielectric layer and the PMA conditions. 展开更多
关键词 metal gate thermal stability effective work function DIPOLE
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锗预非晶化注入对镍硅(NiSi)金属栅功函数的影响研究 被引量:1
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作者 蔡一茂 黄如 +2 位作者 单晓楠 周发龙 王阳元 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第8期1534-1536,共3页
随着超大规模集成电路技术的发展,CMOS器件的制备过程需要同时引入金属栅和超浅结等新的先进工艺技术,因此各种新工艺的兼容性研究具有重要意义.本文研究了超浅结工艺中使用的锗预非晶化对镍硅(N iS i)金属栅功函数的影响.对具有不同剂... 随着超大规模集成电路技术的发展,CMOS器件的制备过程需要同时引入金属栅和超浅结等新的先进工艺技术,因此各种新工艺的兼容性研究具有重要意义.本文研究了超浅结工艺中使用的锗预非晶化对镍硅(N iS i)金属栅功函数的影响.对具有不同剂量Ge注入的N iS i金属栅MOS电容样品的研究表明,锗预非晶化采用的Ge注入对N iS i金属栅的功函数影响很小(小于0.03eV),而且Ge注入也不会导致氧化层中固定电荷以及氧化层和硅衬底之间界面态的增加.这些结果表明,在自对准的先进CMOS工艺中,N iS i金属栅工艺和锗预非晶化超浅结工艺可以互相兼容. 展开更多
关键词 金属栅 镍硅金属栅 功函数 超浅结 锗预非晶化
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适于16纳米及以下的器件和电路的集成工艺基础研究
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作者 尹海洲 刘洪刚 +2 位作者 朱慧珑 王文武 刘云飞 《科技创新导报》 2016年第8期174-174,共1页
该研究2013年度主要围绕研究高迁移率半导体表面态及钝化机理,探索热力学稳定的高k栅介质材料方面,主要开展解决等效氧化层厚度表征,金属栅功函数的调制、沟道迁移率的下降以及高k栅介质的可靠性等相关问题,并实现器件质量的高k介质材... 该研究2013年度主要围绕研究高迁移率半导体表面态及钝化机理,探索热力学稳定的高k栅介质材料方面,主要开展解决等效氧化层厚度表征,金属栅功函数的调制、沟道迁移率的下降以及高k栅介质的可靠性等相关问题,并实现器件质量的高k介质材料与高迁移率沟道材料的集成。 展开更多
关键词 高迁移率沟道 高K栅介质 半导体表面态 等效氧化层厚度 金属栅功函数
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高k金属栅NMOSFET器件阈值电压调控方法
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作者 刘城 王爱记 +2 位作者 刘自瑞 刘建强 毛海央 《微纳电子技术》 北大核心 2019年第1期13-19,25,共8页
实现对器件阈值电压的有效调控是高k金属栅(HKMG)技术面临的一项重要挑战。TiAl薄膜作为n型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)的功函数层被广泛地应用于HKMG结构中以实现对器件阈值电压的调控。实验采用射频(RF)-直流(DC)磁控溅射... 实现对器件阈值电压的有效调控是高k金属栅(HKMG)技术面临的一项重要挑战。TiAl薄膜作为n型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)的功函数层被广泛地应用于HKMG结构中以实现对器件阈值电压的调控。实验采用射频(RF)-直流(DC)磁控溅射的方式沉积TiAl薄膜,通过优化直流功率、射频功率和反应压强工艺参数,实现了对薄膜Ti/Al原子比率的调节,提高了Ti/Al原子比率分布均匀度。基于实验结果,采用后栅工艺流程制造HKMG NMOSFET,讨论不同的Ti/Al原子比率和TiAl层厚度对NMOSFET阈值电压的影响。Ti/Al原子比率增大10%,NMOSFET的阈值电压增加12.6%;TiAl层厚度增加2 nm,NMOSFET的阈值电压下降19.5%。这种方法已经被成功应用于HKMG器件的生产。 展开更多
关键词 高k金属栅(HKMG) 功函数层 磁控溅射 Ti/Al原子比率 阈值电压 n型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)
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金属栅功函数优化及其后栅工艺对32nm器件性能的模拟研究
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作者 赵猛 施雪捷 +2 位作者 杨勇胜 潘梓诚 俞少峰 《科学技术与工程》 北大核心 2013年第30期8921-8927,共7页
基于Synopsys SWB仿真平台,研究了高K介质金属栅器件中栅功函数变化在N/PMOSFET器件的影响;模拟和分析了金属栅功函数在L gate=32 nm N/PMOSFET器件工作特性提高中的最佳优化方向及其机理。研究结果表明,栅极功函数对N/PMOS器件工作电流... 基于Synopsys SWB仿真平台,研究了高K介质金属栅器件中栅功函数变化在N/PMOSFET器件的影响;模拟和分析了金属栅功函数在L gate=32 nm N/PMOSFET器件工作特性提高中的最佳优化方向及其机理。研究结果表明,栅极功函数对N/PMOS器件工作电流I dsat的影响并非简单地单调变化,而是呈现类似钟型分布的特性;存在最佳工作点。同时金属功函数的优化对于器件短沟道效应SCE和关断漏电流的抑制有着显著地影响。此外通过模拟金属栅替代多晶硅栅的应力模拟表明,自去除多晶硅栅到在沉积金属栅的过程中,会对器件沟道区产生明显的应力作用,从而极大提高器件的工作电流特性。因而,采用优化的金属栅代替多晶硅栅结合High-k材料可以有力推动CMOS器件继续沿着摩尔定律向更小器件尺寸的发展。 展开更多
关键词 金属栅 功函数 短沟道效应 工作电流 后栅工艺 机械应力
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Interface dipole engineering in metal gate/high-k stacks
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作者 HUANG AnPing ZHENG XiaoHu +3 位作者 XIAO ZhiSong WANG Mei DI ZengFeng CHU Paul K 《Chinese Science Bulletin》 SCIE CAS 2012年第22期2872-2878,共7页
Although metal gate/high-k stacks are commonly used in metal-oxide-semiconductor field-effect-transistors (MOSFETs) in the 45 nm technology node and beyond,there are still many challenges to be solved.Among the variou... Although metal gate/high-k stacks are commonly used in metal-oxide-semiconductor field-effect-transistors (MOSFETs) in the 45 nm technology node and beyond,there are still many challenges to be solved.Among the various technologies to tackle these problems,interface dipole engineering (IDE) is an effective method to improve the performance,particularly,modulating the effective work function (EWF) of metal gates.Because of the different electronegativity of the various atoms in the interfacial layer,a dipole layer with an electric filed can be formed altering the band alignment in the MOS stack.This paper reviews the interface dipole formation induced by different elements,recent progresses in metal gate/high-k MOS stacks with IDE on EWF modulation,and mechanism of IDE. 展开更多
关键词 IDE接口 金属栅 偶极子 堆叠 工程 MOSFET 半导体场效应晶体管 技术节点
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CMOS双层可变功函数金属栅技术 被引量:1
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作者 段宝兴 杨银堂 《功能材料与器件学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第2期158-162,共5页
针对发展高速、低功耗CMOS电路,分析了CMOS技术对多层金属栅的要求;对于不同金属厚度的双层金属栅,利用MOS系统能带的变化得出半导体与多层金属功函数差取决于底层金属的功函数,这为只通过调节底层金属功函数以达到改变CMOS阈值电压提... 针对发展高速、低功耗CMOS电路,分析了CMOS技术对多层金属栅的要求;对于不同金属厚度的双层金属栅,利用MOS系统能带的变化得出半导体与多层金属功函数差取决于底层金属的功函数,这为只通过调节底层金属功函数以达到改变CMOS阈值电压提供了理论依据;利用不同厚度的双层金属系统能带变化分析获得,当多层金属栅的底层金属厚度小于其最大偶极层厚度时,功函数较厚膜材料变大,达到"厚度调变功函数"效应。 展开更多
关键词 CMOS 双层金属栅 阈值电压 调变功函数
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pMOS金属栅极材料的研究进展 被引量:1
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作者 杨智超 黄安平 肖志松 《物理》 CAS 北大核心 2010年第2期113-122,共10页
随着金属氧化物半导体场效应管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistors,MOSFETs)等比缩小迈向45nm技术节点,金属栅极已应用于新型MOSFET器件,改善了与高k栅介质的兼容性,并消除了传统多晶硅栅极的栅耗尽及硼穿透等效应.... 随着金属氧化物半导体场效应管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistors,MOSFETs)等比缩小迈向45nm技术节点,金属栅极已应用于新型MOSFET器件,改善了与高k栅介质的兼容性,并消除了传统多晶硅栅极的栅耗尽及硼穿透等效应.文章综述了pMOS器件金属栅极材料的发展历程、面临的主要问题以及未来的研究趋势等. 展开更多
关键词 PMOS 金属栅极 高A栅介质 功函数 界面偶极子
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Ni全硅化金属栅功函数调节技术研究
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作者 周华杰 徐秋霞 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2011年第10期715-721,共7页
通过制备栅内不同掺杂条件的Ni全硅化金属栅电容并分析其C-V和Vfb-EOT特性发现,Ga和Yb较常规的杂质而言具有更好的栅功函数调节能力,能够分别将Ni全硅化金属栅电极功函数调节到价带顶和导带底附近,满足高性能体硅平面互补金属氧化物半导... 通过制备栅内不同掺杂条件的Ni全硅化金属栅电容并分析其C-V和Vfb-EOT特性发现,Ga和Yb较常规的杂质而言具有更好的栅功函数调节能力,能够分别将Ni全硅化金属栅电极功函数调节到价带顶和导带底附近,满足高性能体硅平面互补金属氧化物半导体(CMOS)器件对栅电极功函数的要求.同时根据电偶极子(Dipole)理论分析了Ga和Yb具有较强栅功函数调节能力的原因.另外,研究发现栅内掺入Ga或Yb杂质后的Ni全硅化金属栅电容的电容值变大、栅极泄漏电流反而变小,通过对C-V和栅极泄漏电流特性进行分析,对这一现象进行了解释. 展开更多
关键词 金属栅电极 功函数 硅化物
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Device parameter optimization for sub-20nm node HK/MG-last bulk FinFETs 被引量:1
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作者 许淼 殷华湘 +19 位作者 朱慧珑 马小龙 徐唯佳 张永奎 赵治国 罗军 杨红 李春龙 孟令款 洪培真 项金娟 高建峰 徐强 熊文娟 王大海 李俊峰 赵超 陈大鹏 杨士宁 叶甜春 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 2015年第4期66-69,共4页
Sub-20 nm node bulk FinFET PMOS devices with an all-last high-k/metal gate (HK/MG) process are fabricated and the influence of a series of device parameters on the device scaling is investigated. The high and thin F... Sub-20 nm node bulk FinFET PMOS devices with an all-last high-k/metal gate (HK/MG) process are fabricated and the influence of a series of device parameters on the device scaling is investigated. The high and thin Fin structure with a tapered sidewall shows better performance than the normal Fin structure. The punch through stop layer (PTSL) and source drain extension (SDE) doping profiles are carefully optimized. The device without SDE annealing shows a larger drive current than that with SDE annealing due to better Si crystal regrowth in the amorphous Fin structure after source/drain implantation. The band-edged MG has a better short channel effect immunity, but the lower effective work function (EWF) MG shows a larger driveability. A tradeoff choice for different EWF MGs should be carefully designed for the device's scaling. 展开更多
关键词 bulk FinFET effective work function (EWF) extension thermal budget metal gate
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