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Hf基高k栅介质材料研究进展

材料导报 2005年第11期19卷 20-23页

作者：王韧陈勇电子科技大学微电子与固体电子学院成都610054

随着微电子技术的不断发展,MOSFET 的特征尺寸已缩小至100nm 以下,SiO_2作为栅介质材料已不能满足技术发展的需求,因此必须寻求一种新型高 k 的介质材料来取代 SiO_2。当今普遍认为 Hf 基栅介质材料是最有希望取代 SiO_2而成为下一代 MO... 详细信息

随着微电子技术的不断发展,MOSFET 的特征尺寸已缩小至100nm 以下,SiO_2作为栅介质材料已不能满足技术发展的需求,因此必须寻求一种新型高 k 的介质材料来取代 SiO_2。当今普遍认为 Hf 基栅介质材料是最有希望取代 SiO_2而成为下一代 MOSFET 的栅介质材料。综述了高 k 栅介质材料的意义、Hf 基高 k 栅介质材料的最新研究进展和 Hf 基高 k 栅介质材料在克服自身缺陷时使用的一些技术;介绍了一款由 Hf 基高 k 介质材料作为栅绝缘层制作的 MOSFET。

关键词：高介电常数栅介质材料 HfO2 HfSiON 层叠结构高k栅介质 Hf 材料研究 MOSFET 微电子技术

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Al_2O_3高k栅介质的可靠性

Journal of Semiconductors 2003年第9期24卷 1005-1008页

作者：杨红康晋锋韩德栋任驰夏志良刘晓彦韩汝琦北京大学微电子所北京100871

利用反应溅射方法制备了等效氧化层厚度为 3 45nm的Al2 O3栅介质MOS电容 ,研究了Al2 O3作为栅介质的瞬时击穿和恒压应力下的时变击穿等可靠性特征 .击穿实验显示 ,样品的Al2 O3栅介质的等效击穿场强大小为1 2 8MV/cm .在时变击穿的实验... 详细信息

利用反应溅射方法制备了等效氧化层厚度为 3 45nm的Al2 O3栅介质MOS电容 ,研究了Al2 O3作为栅介质的瞬时击穿和恒压应力下的时变击穿等可靠性特征 .击穿实验显示 ,样品的Al2 O3栅介质的等效击穿场强大小为1 2 8MV/cm .在时变击穿的实验中 ,Al2 O3栅介质表现出类似于SiO2 的软击穿现象 .不同栅压应力作用的测试结果表明 ,介质中注入电荷的积累效应是引起软击穿的主要因素 ,其对应的介质击穿电荷QBD约为 30～ 60C/cm2 .

关键词：高k栅介质可靠性时变击穿

CeO_2高k栅介质薄膜的制备工艺及其电学性质

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Journal of Semiconductors 2001年第7期22卷 865-870页

作者：康晋锋刘晓彦王玮俞挺韩汝琦连贵君张朝晖熊光成北京大学微电子所北京100871 北京大学物理系北京100871

研究了 Ce O2 作为高 k (高介电常数 )栅介质薄膜的制备工艺 ,深入分析了衬底温度、淀积速率、氧分压等工艺条件和利用 N离子轰击氮化 Si衬底表面工艺对 Ce O2 薄膜的生长及其与 Si界面结构特征的影响 ,利用脉冲激光淀积方法在 Si(10 0 ... 详细信息

研究了 Ce O2 作为高 k (高介电常数 )栅介质薄膜的制备工艺 ,深入分析了衬底温度、淀积速率、氧分压等工艺条件和利用 N离子轰击氮化 Si衬底表面工艺对 Ce O2 薄膜的生长及其与 Si界面结构特征的影响 ,利用脉冲激光淀积方法在 Si(10 0 )衬底生长了具有 (10 0 )和 (111)取向的 Ce O2 外延薄膜 ;研究了 N离子轰击氮化 Si衬底表面处理工艺对 Pt/ Ce O2 / Si结构电学性质的影响 .研究结果显示 ,利用 N离子轰击氮化 Si表面 /界面工艺不仅影响 Ce O2 薄膜的生长结构 ,还可以改善 Ce O2 与

关键词：高k栅介质半导体薄膜氧化铯薄膜电学性质制备工艺

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La基高k栅介质的研究进展

微纳电子技术 2010年第5期47卷 282-289页

作者：陈伟方泽波马锡英谌家军宋经纬西华师范大学物理与电子信息学院四川南充637002 绍兴文理学院物理与电子信息系浙江绍兴312000

SiO2作为栅介质已无法满足MOSFET器件高集成度的需求,高k栅介质材料成为当前研究的热点。综述了高k栅介质材料应当满足的各项性能指标和研究意义,总结了La基高k栅介质材料的最新研究进展,以及在改正自身缺点时使用的一些实验方法,指出... 详细信息

SiO2作为栅介质已无法满足MOSFET器件高集成度的需求,高k栅介质材料成为当前研究的热点。综述了高k栅介质材料应当满足的各项性能指标和研究意义,总结了La基高k栅介质材料的最新研究进展,以及在改正自身缺点时使用的一些实验方法,指出了有可能成为下一代MOSFET栅介质的几种La基高k材料。La基高k材料的研究为替代SiO2的芯片制造工艺提供优异的候选材料及理论指导,这是一项当务之急且浩大的工程。

关键词：高k栅介质 La基氧化物二氧化硅金属氧化物半导体场效应晶体管摩尔定律

超薄高k栅介质Ge-pMOSFET的电特性研究

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微电子学 2009年第4期39卷 575-579页

作者：陈娟娟徐静平陈卫兵华中科技大学电子科学与技术系武汉430074 湖南工业大学计算机与通信学院湖南株洲412008

采用MEDICI模拟器,对高k栅介质Ge-pMOSFET的电特性进行了研究。通过考虑短沟道效应和边缘场效应,着重分析了栅介质介电常数、氧化物固定电荷密度以及沟道长度等对器件阈值电压和亚阈斜率的影响,研究认为:为获得优良的电性能,栅介质的k... 详细信息

采用MEDICI模拟器,对高k栅介质Ge-pMOSFET的电特性进行了研究。通过考虑短沟道效应和边缘场效应,着重分析了栅介质介电常数、氧化物固定电荷密度以及沟道长度等对器件阈值电压和亚阈斜率的影响,研究认为:为获得优良的电性能,栅介质的k值需小于50,固定电荷面密度至少应在1.0×1012cm-2以下。

关键词： Ge-pMOSFET 高k栅介质超薄栅介质亚阈斜率

非晶ErAlO高k栅介质薄膜的制备及性能研究

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电子元件与材料 2010年第1期29卷 28-31页

作者：陈伟方泽波谌家军西华师范大学物理与电子信息学院四川南充637002 绍兴文理学院物理与电子信息系浙江绍兴312000

采用射频磁控溅射法在p型Si(100)衬底上成功制备了非晶Er2O3-Al2O3(ErAlO)栅介质复合氧化物薄膜。研究了ErAlO薄膜的结构及电学特性。XRD测量显示,ErAlO薄膜具有良好的热稳定性,样品经过900℃氧气氛退火30 min后仍保持非晶态结构。AFM... 详细信息

采用射频磁控溅射法在p型Si(100)衬底上成功制备了非晶Er2O3-Al2O3(ErAlO)栅介质复合氧化物薄膜。研究了ErAlO薄膜的结构及电学特性。XRD测量显示,ErAlO薄膜具有良好的热稳定性,样品经过900℃氧气氛退火30 min后仍保持非晶态结构。AFM照片显示,其表面粗糙度小于0.2 nm,平整度良好。ErAlO栅MOS结构在氧分压为1%时,薄膜的有效相对介电常数为9.5,外加偏压(Vg)为–1 V时样品的漏电流密度为7.5×10–3 A/cm2。非晶ErAlO薄膜是一种很有希望取代SiO2的新型高k栅介质候选材料。

关键词： Er2O3-Al2O3 高k栅介质射频磁控溅射

高k栅介质/金属栅结构CMOS器件的等效氧化层厚度控制技术

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电子工业专用设备 2010年第3期39卷 11-16页

作者：陈世杰王文武蔡雪梅陈大鹏王晓磊韩锴中国科学院微电子研究所北京100029

随着CMOS器件特征尺寸的不断缩小,绝缘栅介质层也按照等比例缩小的原则变得越来越薄,由此而产生的栅漏电流增大和可靠性降低等问题变得越来越严重。传统的SiO2栅介质材料已不能满足CMOS器件进一步缩小的需要,而利用高介电常数栅介质(高k... 详细信息

随着CMOS器件特征尺寸的不断缩小,绝缘栅介质层也按照等比例缩小的原则变得越来越薄,由此而产生的栅漏电流增大和可靠性降低等问题变得越来越严重。传统的SiO2栅介质材料已不能满足CMOS器件进一步缩小的需要,而利用高介电常数栅介质(高k)取代SiO2已成为必然趋势。综述了国内外对纳米尺度CMOS器件高k栅介质的等效氧化层厚度(EOT)控制技术的一些最新研究成果,并结合作者自身的工作介绍了EOT缩小的动因、方法和展望。

关键词：高k栅介质等效氧化层厚度(EOT) 金属栅氧吸除

InGaAs MOSFET电特性模拟与GaAs-La基高k栅介质界面特性研究

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InGaAs MOSFET电特性模拟与GaAs-La基高k栅介质界面特性研究

作者：冯尧尧华中科技大学

学位级别：硕士

随着Si基MOSFET向着纳米级的不断发展,器件的尺寸也在不断的缩小,这将逐渐接近Si基材料的物理极限。必须采用新型材料来解决Si基材料的进一步缩小所带来的一些缺陷,所以Ⅲ-Ⅴ化合物材料(如GaAs、InGaAs)因其更高的载流子迁移率受到了人... 详细信息

随着Si基MOSFET向着纳米级的不断发展,器件的尺寸也在不断的缩小,这将逐渐接近Si基材料的物理极限。必须采用新型材料来解决Si基材料的进一步缩小所带来的一些缺陷,所以Ⅲ-Ⅴ化合物材料(如GaAs、InGaAs)因其更高的载流子迁移率受到了人们的广泛关注。这其中GaAs的电子迁移率可以达到8000cm/Vs,被认为可以用来制作低功耗、高速度的MOSFET。在新型结构方面,缓冲层结构可以很好解决衬底和沟道层之间的晶格匹配问题,提高沟道质量,从而提高器件性能。本文在理论模型部分,采用Silvaco软件对高k栅介质带缓冲层InGaAs MOSFET的相关电学特性进行模拟仿真,进而优化器件结构;在实验方面,以La基高k栅介质GaAs MOS为对象,研究了盖帽层、退火温度等对器件界面质量和相关电学特性的影响。通过Silvaco TCAD软件构建高k栅介质带缓冲层InGaAs MOSFET结构,然后对电特性进行仿真并根据仿真结果确定合理的结构参数进而对其器件结构进行优化。通过改变器件沟道厚度、沟道长度、沟道掺杂浓度、栅极氧化物介电常数和等效氧化层厚度等相关物理参数来降低短沟道效应(SCE)、漏致势垒降低效应(DIBL)对器件电特性的影响以及获得更大的开态电流(I)和更小的关态电流(I),通过不同参数对比确定合理的结构参数。仿真结果表明沟道层厚度和长度分别应取5-7nm和37-46nm,沟道掺杂浓度应当取(3-9)×10cm,而等效氧化层厚度取值在0.8-1nm时,栅介质介电常数应取15-30较为合适。实验方面进行的工作内容主要有:(1)制备了以LaO作为高k栅介质的MOS电容,比较研究了有无盖帽层AlO和N掺入高k材料对GaAs MOS器件界面质量和相关电学性能的影响;通过对淀积后退火温度的研究确定了上述实验所采取的退火温度的合理性。实验结果表明盖帽层和对高k材料掺N以及600℃退火温度可以获得较低的界面态密度和栅极漏电流,可以有效改善GaAs MOS的界面特性;(2)研究了不同氧化物材料作为盖帽层及盖帽层厚度对器件性能的影响,得到了HfO作为盖帽层可以获得比ZrO作为盖帽层更好的电特性,同时得出了2nm为最佳的盖帽层厚度。

关键词： GaAs MOS 高k栅介质短沟道效应 DIBL效应界面态密度

镧基高k栅介质在石墨烯场效应晶体管中的应用性研究

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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镧基高k栅介质在石墨烯场效应晶体管中的应用性研究

作者：谭欣月电子科技大学

学位级别：硕士

二维材料石墨烯自被发现起就一直备受关注,独特的化学结构使它拥有超高的载流子迁移率,加上天然的厚度优势,为纳米电子器件的研究带来了新的机遇和挑战。随着芯片集成度的持续提高,石墨烯场效应晶体管(Graphene Field Effect Transistor... 详细信息

二维材料石墨烯自被发现起就一直备受关注,独特的化学结构使它拥有超高的载流子迁移率,加上天然的厚度优势,为纳米电子器件的研究带来了新的机遇和挑战。随着芯片集成度的持续提高,石墨烯场效应晶体管(Graphene Field Effect Transistor,GFET)也将面临器件尺寸等比缩小带来的泄漏电流增大、器件可靠性降低等问题。因此,制备工艺兼容、性能优越的高k栅介质以替代传统二氧化硅栅介质对于GFET的长远发展尤为重要。目前石墨烯的研究热点主要集中在石墨烯的生长和转移、石墨烯带隙的打开、石墨烯相关器件工艺的优化等方面,关于高k栅介质在GFET中的应用的研究工作较少。基于此,本文采用射频磁控溅射技术沉积Hf掺入的镧基二元氧化物(HfLaO)薄膜,并在此基础上制备全背栅GFET,探究镧基高k栅介质薄膜性质对石墨烯场效应晶体管的性能影响。具体研究内容及成果如下:基于射频磁控溅射技术,采用Hf/La合金单靶,在室温下沉积了HfLaO薄膜,系统地探究了溅射功率和溅射氧分压对薄膜生长的影响,通过沉积后退火对薄膜性能进行了优化。实验结果显示:当溅射功率为120 W,溅射氧气流量为6 sccm时,经过400℃氮气环境下退火10 min的HfLaO薄膜性能最佳,k值为33,EOT约为6 nm。为后续GFET的制备打下了良好的基础。基于铜箔CVD生长的单层石墨烯,采用PMMA辅助转移、光刻、等离子体刻蚀等多种技术手段制备了沟道尺寸为微米级别的GFET。电学测试结果显示,用HfLaO栅介质的石墨烯场效应管晶体管,相较于300 nm SiO底栅石墨烯场效应管,迁移率提高了4倍,电流开关比最高可达到12.6,器件的狄拉克点最低可达1.6 V。为进一步探究HfLaO栅介质性质对GFET性能的影响,制备了不同厚度、不同La/Hf元素比例的HfLaO薄膜,并在此基础上制备了GFET。实验结果表明,30 nm的HfLaO具有更好的栅控能力,石墨烯场效应晶体管的狄拉克电压随La元素比例增加而降低。本文通过磁控溅射制备了高性能HfLaO薄膜,并在此基础上构建了HfLaO底栅结构的GFET,验证了镧基高k材料与GFET是兼容的,并且展现了一些独特的调控效果,为GFET的研究提供了新的栅介质材料选择,为制备高性能GFET奠定了基础。

关键词：高k栅介质磁控溅射 HfLaOx 石墨烯场效应晶体管