作为高介电常数栅介质材料的LaErO_3薄膜热稳定性和电学性质的研究

采用脉冲激光淀积法在硅衬底上生长了LaErO3薄膜,用X射线衍射仪、X射线电子能谱仪、高分辨透射电子显微镜研究了该薄膜的热学和电学性质.通过电容-电压测量得到了较好的电容-电压曲线,计算得出等效SiO2厚度为1.4nm.通过高分辨电镜可以看出即使经过700℃30sN2中快速热退火处理LaErO3薄膜与硅衬底之间的反应层也仅有几个原子层的厚度.X射线电子能谱分析得到非常少量的SiO2在沉积的过程中形成.测量的热学和电学性质表明LaErO3薄膜是高介电常数栅介质材料非常有前途的候选材料.

HfO_2高k栅介质等效氧化层厚度的提取

分两步提取了HfO2高k栅介质等效氧化层厚度(EOT).首先,根据MIS测试结构等效电路,采用双频C-V特性测试技术对漏电流和衬底电阻的影响进行修正,得出HfO2高k栅介质的准确C-V特性.其次,给出了一种利用平带电容提取高k介质EOT的方法,该方法能克服量子效应所产生的反型层或积累层电容的影响.采用该两步法提取的HfO2高k栅介质EOT与包含量子修正的Poisson方程数值模拟结果对比,误差小于5%,验证了该方法的正确性.

超薄HfO_2高K栅介质薄膜的软击穿特性

研究了高K(高介电常数)栅介质HfO2薄膜的制备工艺,制备了有效氧化层厚度为2.9nm的超薄MOS电容。当栅氧化层很薄时会发生软击穿现象,软击穿和通常的硬击穿是不同的现象。分别利用在栅介质上加恒流应力和恒压应力两种方法研究了HfO2薄膜的击穿特性,实验结果表明,在两种应力方式下HfO2栅介质均发生了软击穿现象,软击穿和硬击穿的机理不同。

HfO_2高K栅介质薄膜的电学特性研究

研究了高 K(高介电常数 )栅介质 Hf O2 薄膜的制备工艺 ,制备了有效氧化层厚度为 2 .9nm的超薄MOS电容。对电容的电学特性如 C-V特性 ,I-V特性 ,击穿特性进行了测试。实验结果显示 :Hf O2 栅介质电容具有良好的 C-V特性 ,较低的漏电流和较高的击穿电压。因此 ,Hf O2 栅介质可能成为 Si O2 栅介质的替代物。

高k栅介质SOI nMOSFET正偏压温度不稳定性的实验研究(英文)

对高k栅介质SOI nMOSFET器件的PBTI退化和恢复进行实验研究,并且与pMOSFET器件的NBTI效应进行比较,分析PBTI效应对阈值电压漂移、线性及饱和漏电流、亚阈摆幅和应力诱导漏电流的影响。结果显示,PBTI的退化和恢复与NBTI效应具有相似的趋势,但是PBTI具有较高的退化速率和较低的恢复比例,这会对器件的寿命预测带来影响。最后给出在PBTI应力条件下,界面陷阱和体陷阱的产生规律及其对器件退化的影响。

高性能HfAlO介质薄膜的制备(英文)

利用超高真空电子束蒸发法制备了可替代 SiO2作为栅介质的 HfAlO 膜。薄膜的化学组成为(HfO2)(Al2O3)2,900℃退火处理后仍然呈现非晶状态,而且表面平滑。介电常数为 12.7,等效氧化物厚度 2 nm,固定电荷密度 4×1012cm-2,2 V 栅偏压下漏电流为 0.04 m A/cm2。后退火处理能有效降低固定电荷密度和泄漏电流密度,但会造成界面 SiO2的生长。

HfO_2栅介质薄膜的结构和介电性质研究

采用脉冲激光沉积方法(PLD)在Si(100)衬底上生长了HfO2栅介质薄膜.利用X射线衍射(XRD)和扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)对其结构进行了表征,利用远红外光谱对其声子振动模式和介电性质进行了研究.结果表明,室温下制备薄膜为非晶,衬底温度400℃时已经形成单斜相的HfO2薄膜,1000℃退火后薄膜更趋向于(1-11)晶面取向,且结晶质量改善.薄膜的局域结构研究显示低衬底温度下生长的样品具有更短的Hf-O键长和更高的无序度.薄膜结构和薄膜质量影响其远红外声子模式,使得一些低频红外声子模式消失,造成其介电常数相对体材料有所降低,但由于影响介电常数的主要远红外声子模式依然存在,晶态薄膜仍然能保持一定的介电常数值.

堆叠栅介质MOS器件栅极漏电流的计算模型

采用顺序隧穿理论和传输哈密顿方法并考虑沟道表面量子化效应,建立了高介电常数堆叠栅介质MOS器件栅极漏电流的顺序隧穿模型。利用该模型数值,研究了Si3N4/SiO2、Al2O3/SiO2、HfO2/SiO2和La2O3/SiO2四种堆叠栅介质结构MOS器件的栅极漏电流随栅极电压和等效氧化层厚度变化的关系。依据计算结果,讨论了堆叠栅介质MOS器件按比例缩小的前景。

新型无碳前体在高k氧化物薄膜化学气相沉积上的应用

通过一种简便可行的合成工艺,成功合成了3种具有良好挥发性的无碳前体:无水硝酸钛、硝酸锆和硝酸铪。以这些无水金属硝酸盐为前体,采用化学气相沉积(CVD)工艺成功淀积了具有良好介电性能的3种高介电常数(high-k)氧化物薄膜:TiO2、ZrO2和HfO2薄膜。这类不含碳的金属前体能直接在Si衬底上气相沉积,无需引入氧化气体,且沉积温度较低,可避免低介电常数界面层生成,在化学气相沉积栅介质薄膜方面独具优势。

ZrO_2在Si(100)-2×1表面原子层淀积反应机理的密度泛函理论研究

用密度泛函方法研究了ZrO2在羟基预处理的Si(100)-2×1表面原子层淀积(ALD)初始反应过程的反应机理,ZrO2的ALD过程包括两个前体反应物ZrCl4和H2O交替的半反应.两个半反应都经历一个相似的吸附中间体反应路径.比较单羟基Si表面反应的反应焓变,可以发现双羟基Si表面反应,由于相邻羟基的存在,对ZrCl4的半反应影响较大,尤其是化学吸附能增加明显.而对于H2O的半反应,单、双羟基Si表面反应的能量变化不是很明显.使用内禀反应坐标(IRC)方法,验证了两个半反应存在相似的过渡态结构和反应机理.另外,发现随着温度的升高,吸附络合物的稳定性降低,其向反应物方向的解吸附变得容易,而向产物方向的解离难度增加.