新一代CMOS器件栅介质材料研究进展

随着微电子技术的飞速发展,按照摩尔定律发展的要求,SiO2的极限厚度已经成为Si基集成电路提高集成度的瓶颈。寻求代替SiO2的其它新一代高k栅介质已成为当今微电子技术发展的必然趋势。文章介绍了几种最有可能成为下一代栅介质的高k材料,并对其研究进展和存在的问题进行了阐述。     

高介电栅介质ZrO2薄膜的物理电学性能

采用脉冲激光沉积方法在Si衬底上沉积了ZrO2栅介质薄膜,X射线衍射分析表明该薄膜经过450℃退火后低介电界面层得到抑制,仍然保持非晶状态;电学测试显示10 am厚ZrO2薄膜的等效厚度为3.15 nm,介电常数12.38,满足新型高介电栅介质的要求,在-1 V偏压下Al/ZrO2/Si/Al电容器的漏电流密度为1.1×10-4A/cm2.     

脉冲激光淀积制备LiTaO3光波导薄膜的研究

报道了利用准分子脉冲激光淀积技术在（００１）和（０１２）蓝宝石衬底上制备ＬｉＴａＯ３光波导薄膜的实验研究。利用Ｘ光衍射和Ｒａｍａｎ光谱术鉴定所生长薄膜的微结构，研究了脉冲能量、衬底温度、氧分压和淀积室几何等因素对薄膜质量的影响。结果表明脉冲能量和衬底温度对薄膜生长的择优取向有很大影响，而氧分压和淀积室的几何配置主要影响薄膜的生长动力学。在合适的工艺条件下制备了优质的外延膜，薄膜显示了优异的光波导性     

高介电常数低损耗SrTiO_3介质陶瓷

报告了重量比为57.5% SrTiO_3-31.5% PbTiO_3-6.7% Bi_2O_3-3.3% TiO_2-0.1% MnO_2-0.5% MgO-0.3% Nb_2O_5-0.1%SiO_2介质陶瓷的制备工艺和介电性质,给出了介电常数ε和介质损耗tanδ随烧成温度T的变化规律,描述了ε和tanδ的温度特性和频率特性.介电测量表明,此种介质陶瓷是制造大电容量、低介质损耗高压陶瓷电容器的优良材料.     

溶液法制备的高k Y_2O_3薄膜电学性质分析

<正>近年来,原来占据主流地位的介电材料SiO2已经被高介电常数(高k)材料(HfO2,ZrO2,Y2O3,Al2O3,etc)代替。高k材料能在减小漏电流密度的同时增大电容密度使AOS TFTs具有较低的阈值电压,较小的亚阈值摆幅和较高载流子迁移率[1]。迄今为止,在应用于AOS TFTs器件的介电材料中,Y2O3是最好的选择,因其具有良好的热稳定性和化学稳定性,较低的漏电流,较高的反射系数(~2),较宽的禁带宽度     

退火对非晶ErAlO高k栅介质薄膜特性的影响

利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)栅介质薄膜,得到了电学特性优异的薄膜样品,对薄膜的退火研究发现,600℃氧气氛退火可使ErAlO薄膜的介电常数得到了提高并使其漏电流特性也得到改善,退火后样品的有效介电常数达到了15,在-1.5V偏压下,漏电流密度仅为2.0×10-7A/cm2.氧气退火消除了薄膜中原有的缺陷,并使得薄膜更加致密,表面更加平整.     

退火对非晶Al2O3高k栅介质薄膜特性的影响

利用射频反应溅射方法制备了Al2O3非晶薄膜,用椭圆偏振仪获得了薄膜的厚度,用高频C-V和变频C-V及J-V测量了薄膜的电学特性,用X射线以衍射(XRD)检测了薄膜的结构,用原子力显微镜(AFM)观察了薄膜的表面形貌.实验得到了电学特性优异的薄膜样品,对薄膜的退火研究发现,氮气低温退火使Al2O3薄膜的介电常数得到了提高并使漏电流特性得到了改善.可以认为,氮气退火消除了薄膜中原有的缺陷,并使得薄膜更加致密是主要的原因,而过高温度的退火会导致氧化铝中少量的氧的损失,从而导致了氧化铝层中固定电荷密度的增大,进而出现了大的平带电压.XRD显示样品的非晶特性非常稳定,AFM显示薄膜表面非常平整,能够满足大规模集成电路短期的发展需要.     

薄膜材料复介电常数与复磁导率测试研究

采用谐振腔法对薄膜材料复介电常数和复磁导率进行了测试研究。依据腔内电磁场的特性及薄膜材料体积小的特点,采取了较大的模指数、高品质因数、小耦合系数等措施,设计了在2GHz频率下工作模式为TE105的矩形谐振腔。使用Agilent 8722ES络分析仪进行扫频反射测量,由放置试样前后腔的谐振频率和品质因数以及试样的体积等计算出薄膜材料复介电常数和复磁导率,该方法操作简便,准确性较高。     

低温生长氮化铝薄膜栅介质电性的研究

直流平面磁控溅射低温成膜,靶上发射的二次电子可得到正交电磁场的控制,减少高能粒子对器件表面的轰击,使膜中缺陷减少;有利于减少膜与基片间的界面态;还以较高的速率淀积薄膜,有利于大批量生产.至今对 AlN-Si 接触的界面和介电特性研究报导不多,低温制膜的界面性能研究更少.本文用直流平面磁控溅射法在硅片上淀积AlN 制成 Al/AlN/Si 结构并对其进行电性测试分析.     

空间波法测介质板介电常数的实验研究

从光学原理出发,分析了空间波法测介质板介电常数时的表面反射问题,指出它对测量结果的影响与介质材料的特点及不同的测量方法有关,并结合几种低耗介质材料的测量结果,对上述分析进行了实验验证,最后还对影响测量的准确度与重复性的几个具体问题进行了讨论。     

Controllable growth of dielectric/semiconductor integrated films

Currently, electronic information systems are developing quickly towards further miniaturization and monolithic integration so as to realize smaller volume, higher velocity and lower power consumption. For this purpose, the integration of all sorts of active devices （mainly fabricated by semiconductors） with passive devices （fabricated by functional materials） is particularly important and impendent. Therefore, it is necessary to integrate multifunctional oxide dielectrics possessing electric, magnetic, acoustic, optical and thermal properties characterized by spontaneous polarization with semiconductors bearing the characters of carrier transportation to form artificial structures via deposition of solid films. This kind of integrated films may have two characters, i.e., the all-in-one multifuncUon and modulation of electromagnetic properties by hetero-interface. This makes it possible to realize monolithic integration of detecting, processing, transmission, executing and storing of electronic information. Meanwhile, possible integrated coupling effects will be pursued instead of exploring the limited physical properties of the related materials. In this paper, we put forward a new direction of developing electronic devices with higher performances, and demonstrate some results concerning our recent research on the interface-controllable integrated growth of dielectrics and GaN. Recent progresses of the related research in the world are also reviewed.     

黄铜矿结构CuInS2陶瓷和薄膜的制备及性能研究

采用固相烧结法,在真空管式炉中于960℃下保温2h,制备得到具有纯黄铜矿结构均匀致密的CuInS2陶瓷,所制备的陶瓷呈现P型导电且导电性能良好．此外,以自制的CuInS2陶瓷为靶材,采用脉冲激光沉积法在c轴取向的蓝宝石单晶衬底上制备得到高质量的外延CuInS2薄膜．XRD分析表明薄膜具有良好的沿（112）方向外延取向性,透射光谱测试分析得到薄膜光学带隙为1．4eV．     

TiO2纳米管阵列薄膜的热稳定性

采用液相沉积法在Al板上制备了TiO2纳米管阵列薄膜,并在不同温度下进行了热处理.用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等手段对样品进行了表征.结果表明:未经过热处理的TiO2薄膜的晶体结构是非晶态的;在400℃的空气中焙烧2h,薄膜出现锐钛矿相;650℃空气中焙烧2h后,薄膜仍然保持着良好的管状结构.薄膜中Al2O3的存在,抑制了TiO2晶粒的长大,提高了薄膜的热稳定性.     

基于转移矩阵法确定高k介质中泄漏电流共振隧穿机制的存在性

栅隧穿电流已成为制约MOS器件继续缩小的因素之一.为了掌握和控制高k栅栈的栅电流,必须全面了解其中存在的各种隧穿机制.考虑高k介质和二氧化硅间的界面陷阱,建立了高栅栈MOSFET中沟道与栅极交换载流子的双势垒隧穿物理模型.采用量子力学的转移矩阵方法,计算沟道电子通过高栅栈结构的透射系数,模拟得到的透射系数曲线随电子能量变化呈现峰谷振荡的特征.将本文模拟结果与非平衡格林函数及WKB近似方法模拟结果对比,通过论证得出电子能量低于高导带底的透射系数峰为共振隧穿机制所产生,而能量高于高k介质导带底的电子透射系数峰为直接隧穿的结论.     

脉冲激光沉积技术

薄膜技术作为一种有效的手段为材料的集成和器件的制备提供了坚实的基础.本文主要介绍脉冲激光沉积技术的基本原理、特点、优点和缺点.该方法尤其适合用来生长多组分、化学结构复杂的过渡金属氧化物薄膜.     

TaN膜的结构,成分及性能

研究了三极溅射法制备的ＴａＮ膜的结构、成分及其性能。实验发现：随着氮分压的增加，ＴａＮ膜的结构将从面心立方相转变为六方相；ＴａＮ膜的显微硬度在单一相结构时最大，而以双相共存时的显微硬度较低。     

硅基氧化钆薄膜的生长及结构

采用脉冲激光沉积方法(PLD)在不同温度的Si(100)衬底上制备了Gd2O3栅介质薄膜,利用X射线衍射、X射线反射率以及光电子能谱等方法对它的结构、组成以及价带偏移等进行了研究.结果表明:衬底温度为300℃时,Gd2O3薄膜呈非晶态;当衬底温度为650℃时,形成单斜相的Gd2O3薄膜.XPS和XRR 结果确定其界面主要是由于界面反应形成的钆硅酸盐.通过XPS分析得到Gd2O3与Si之间的价带偏移为(-2.28±0.1)eV.     

Fabrication of MgB_2 superconducting films by different methods

MgB2 superconducting films have been successfully fabricated on single crystal MgO(111) and c-AL2O3 substrates by different methods. The film deposited by pulsed laser deposition is c-axis oriented with zero resistance transition temperature of 38.4 K, while the other two films fabricated by chemical vapor deposition and electrophoresis are c-axis textured with the zero resistance transition temperature of 38 K and 39 K, respectively. Magnetization hysteresis measurements yield critical current density Jc of 107 A/cm2 at 15 K in zero field for the thin film and of 105 A/cm2 for the thick film. For the thin film deposited by chemical vapor deposition, the microwave surface resistance at 10 K is found to be as low as 100μΩ, which is comparable with that of a high-quality high-temperature superconducting thin film of YBCO.