高k介质纳米MOSFET栅电流和电容模型

介绍了一种纳米MOSFET（场效应管）栅电流和电容的统一模型,该模型基于Schrfidinger-Poisson方程自洽全量子数值解,特别适用于高k栅介质和多层高k栅介质纳米MOSFET。运用该方法计算了各种结构和材料高k介质的MOSFET栅极电流,并进行了分析比较。模拟得出栅极电流和电容与实验结果符合。     

退火温度对氧化铝薄膜性质的影响

<正>随着集成电路中晶体管特征尺寸的逐渐减小,目前场效应晶体管栅介质SiO2的厚度已经减小到纳米量级,隧道效应产生的较大漏电流使得SiO2栅介质丧失了良好的绝缘效果[1]。由于高介电常数材料(高k材料)可以在保持电容密度不变的同时增大栅介质的物理厚度[2,3],因此使用高k材料替代SiO2作为栅介质层是目前最有希望解决此问题的途径。为维持半导体产业继续依照摩尔定律向前发展,高k栅介质层已经成为当前的研究热点[4,5]。在众多的高k材料中,Al2O3因具有良好的综合性质而倍受瞩目,如高的介电常数     

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。     

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.     

高k栅介质SOI应变硅肖特基源漏MOSFET漏致势垒降低效应研究

高k栅介质SOI应变硅肖特基源漏MOSFET结合了应变硅工程、高k栅介质、SOI结构和肖特基源漏四者的优点,是一种实现小尺寸MOSFET的潜力器件.通过求解二维泊松方程建立了该结构的阈值电压模型,模型中考虑了镜像力势垒和小尺寸量子化效应对源漏极的电子本征肖特基势垒高度的影响,在阈值电压模型基础上获得了漏致势垒降低模型.从文献中提取漏致势垒降低的实验数据与模型进行对比,验证了其正确性,随后在此基础上讨论分析了漏致势垒降低和各项参数的变化关系.结果表明,漏致势垒降低随应变硅层厚度的变厚、沟道掺杂浓度的提高和锗组分的增大而增大,随沟道长度的变长、栅介质介电常数的增大、电子本征肖特基势垒高度的提高和漏源电压的增大而减小.适当调节模型参数,该结构可很好的抑制漏致势垒降低效应,对高k栅介质SOI应变硅肖特基源漏MOSFET器件以及电路设计具有一定的参考价值.     

高k栅介质SOI应变硅肖特基源漏MOSFET漏致势垒降低效应研究

高k栅介质SOI应变硅肖特基源漏MOSFET结合了应变硅工程、高k栅介质、SOI结构和肖特基源漏四者的优点,是一种实现小尺寸MOSFET的潜力器件.通过求解二维泊松方程建立了该结构的阈值电压模型,模型中考虑了镜像力势垒和小尺寸量子化效应对源漏极的电子本征肖特基势垒高度的影响,在阈值电压模型基础上获得了漏致势垒降低模型.从文献中提取漏致势垒降低的实验数据与模型进行对比,验证了其正确性,随后在此基础上讨论分析了漏致势垒降低和各项参数的变化关系.结果表明,漏致势垒降低随应变硅层厚度的变厚、沟道掺杂浓度的提高和锗组分的增大而增大,随沟道长度的变长、栅介质介电常数的增大、电子本征肖特基势垒高度的提高和漏源电压的增大而减小.适当调节模型参数,该结构可很好的抑制漏致势垒降低效应,对高k栅介质SOI应变硅肖特基源漏MOSFET器件以及电路设计具有一定的参考价值.     

高k栅栈MOSFET共振隧穿模型

针对高介电常数（k）栅堆栈金属氧化物场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET）实际结构,建立了入射电子与界面缺陷共振高k栅栈结构共振隧穿模型.通过薛定谔方程和泊松方程求SiO2和高k界面束缚态波函数,利用横向共振法到共振本征态,采用量子力转移矩阵法求共振隧穿系数,模拟到栅隧穿电流密度与文献中实验结果一致.讨论了高k栅几种介质材料和栅电极材料及其界面层（IL）厚度、高k层（HK）厚度对共振隧穿系数影响.结果表明,随着HfO2和Al2O3厚度减小,栅栈结构共振隧穿系数减小,共振峰减少.随着La2O3厚度减小,共振峰减少,共振隧穿系数却增大.随着SiO2厚度增大,HfO2,Al2O3和La2O3基栅栈结构共振隧穿系数都减小,共振峰都减少.TiN栅电极HfO2,Al2O3和La2O3基栅栈比相应多晶硅栅电极栅栈结构共振隧穿系数小很多,共振峰少.     

栅介质材料及尺寸对薄膜晶体管性能影响研究

系统地对基于高介电常数材料HfO_2和传统的介质材料SiO_2这两种不同栅介质层材料的硅薄膜晶体管进行建模并对不同尺寸和温度条件下的薄膜晶体管的工作特性进行了研究.获得了不同沟道长度和沟道宽度,不同栅介质层厚度和不同温度条件下的薄膜晶体管的工作特性曲线.通过对比发现,薄膜晶体管的饱和电流与沟道长度和栅介质层厚度成反比,与沟道宽度成正比,与理论计算一致.随着温度的升高,薄膜晶体管的载流子迁移率和阐值电压都在逐渐减小,因而饱和电流值逐渐减小;在相同栅介质层尺寸和温度条件下,基于HfO_2的薄膜晶体管相对于基于SiO_2的薄膜晶体管具有更高的电流开关比,更低的阈值电压和更小的泄漏电流.因此,基于高介电常数栅介质材料的薄膜晶体管相对于基于SiO_2的薄膜晶体管具有更好的性能.     

0.5μm栅长HfO_2栅介质的GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管

为了抑制GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的栅极漏电,提出了一种0.5μm栅长的GaN金属氧化物半导体(MOS)高电子迁移率晶体管结构。该结构采用势垒层部分挖槽,并用高介电常数绝缘栅介质的金属氧化物半导体栅结构替代传统GaN HEMT中的肖特基栅。基于此结构制备出一种GaN MOSHEMT器件,势垒层总厚度为20nm,挖槽深度为15nm,栅介质采用高介电常数的HfO_2,器件栅长为0.5μm。对器件电流电压特性和射频特性的测试结果表明:所制备的GaN MOSHEMT器件最大电流线密度达到0.9 A/mm,开态源漏击穿电压达到75 V;与GaN HEMT器件相比,其栅极电流被大大压制,正向栅压摆幅可提高10倍以上,并达到与同栅长GaN HEMT相当的射频特性。     

工作气压对磁控溅射Ta2O5薄膜电学性能的影响

信息技术的发展提出了采用高k栅介质材料替代SiO2的需要.高介电Ta2O5薄膜的研究具有很强的应用背景.但是在实际应用中,漏电流较大成为Ta2O5的一个缺点.本文研究了磁控溅射方法制备Ta2O5薄膜时工作气压对于薄膜电学性能的影响.实验制备了不同工作气压的Ta2O5薄膜,测试了样品的粗糙度和绝缘性能,并对实验结果进行了分析.     

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

本文基于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Lgate=32nm 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Idsat的影响并非简单的单调变化,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,在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     

超薄层SiOxNy栅介质薄膜的制备与研究进展

在0.1μm级的Si-CMOS器件及其集成电路中,作为替代传统SiO2栅介质的首选材料,超薄SiOxNy膜已被广泛研究和应用.本文介绍了近几年SiOxNy栅介质制备技术的研究进展,讨论了各种方法的优缺点,并展望了SiOxNy栅介质制备技术的未来发展趋势.     

脉冲电压下介质膜的击穿寿命

该文测量了电应力作用下栅介质膜中陷阱电荷积累、以及在撤除应力后陷阱电荷减少的规律，在此基础上提出了解释脉冲应力下栅介质膜击穿寿命的模型。并对样品在直流电压与脉冲电压下的击穿寿命进行测量比较，发现随着脉冲频率的增加，栅介质膜击穿寿命增加，实验结果与模型预期的相符     

脉冲电压下介质膜的击寿命

该文测量了电应力作用下栅介质膜中陷阱电荷积累、以及在撤除应力后陷阱电荷减少的规律,在此基础上提出了解释脉冲应力下栅介质膜击穿寿命的模型。并对样品的直流电压与脉冲电压下的击筹命进行测量比较,发现随着脉冲频率的增加,栅介质膜击寿命增加,实验结果与模型预期的相符。     

面向高性能GaN基功率电子的器件物理研究

氮化镓(GaN)功率电子器件具有高击穿电压、高工作频率、高电流输出能力以及耐高温等优点,有望成为下一代高效电源管理系统芯片的最佳候选之一.本文从界面态起源、极化能带工程以及可靠性机理等角度分析了GaN基功率电子器件所面临的器件物理挑战,包括栅极阈值不稳定性、高压动态导通电阻退化、高阈值栅技术和栅介质长期可靠性等关键科学问题和技术瓶颈.分析指出(Al)GaN表面的无序氧化可能是GaN基器件表/界面态的主要来源,并有针对性地介绍了界面氮化插入层、极性等离子增强原子层沉积AlN薄膜(Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposited AlN,PEALD-AlN)钝化、F离子注入与高温栅槽刻蚀增强型技术,以及低压化学气相沉积SiNx(Low-Pressure Chemical Vapor Deposited SiNx,LPCVD-SiNx)和O3-Al2O3高绝缘栅介质等提高GaN基增强型器件性能的新型工艺技术.系统分析了国际有关高性能GaN功率电子器件研究的最新进展,及未来面临的机遇和挑战.     

高k栅介质SOI nMOSFET正偏压温度不稳定性的实验研究

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。     

全向漏波天线辐射特性的改进微扰法分析

用改进微扰法分析了任意曲线形状圆柱形介质栅全向天线的辐射特性．文中选取了几种介质栅形状漏波天线进行研究，并对它们的辐射特性进行了比较分析；所得结论对该类全向漏波天线的设计具有实际意义．     

有限大小雨介质中相干场的准确表达式

导出了有限大小离散介质中毫米波段相干散射场的准确表达式,即〈φ(z)〉＝((k1 k)k[(k*1 k)ke-jkz-2πf*2ρejkz(e-j(k*1 k)d-e-j(k*1 k)z)])/(|(k1 k)kejkz-2πf2ρe-jkz[ej(k1 k)d-ej(k1 k)z]|2 )ejk1z*ejkz此式具有明确的物理意义;以雨介质为例应用所得结果进行数值仿真,结果表明:雨介质的大小对毫米波的衰减不会产生较大的影响,波的衰减随频率、降雨率的增大而增大,呈现出非线性,与有关文献一致.     

MIM结构薄膜应变栅的实验研究

运用薄膜沉积技术,制作了ＭＩＭ（金属－介质－金属）结构薄膜应变栅介绍了薄膜应变栅的制作工艺,并对其性能参数进行了测试     

浅析水泥行业中氮氧化物的减排

水泥行业的氮氧化物的排放量已经成为火力发电、汽车尾气的第三大户。鉴于氮氧化物具有活性高、氧化性强等特点,已成为我国环境污染的关键污染物。本文对氮氧化物的减排技术进行了深入的分析。