体Si和SOI上高k介质材料研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 章宁琳 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2003 |
| 授予单位 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 |
| 导师 | 林成鲁 |
| 其他题名 | Studies of high K dielectric materials on bulk Si and SOI and their applications |
| 中文摘要 | SOI技术和高K介质材料的研究是微电子领域发展的前沿课题，本文根据国家973项目，国家自然科学基金等国家任务的需要，开展了体Si和SOI上高KK介质材料的制备、性能及其应用的研究，获得的主要结果如下：采用超高真空电子束蒸发法制得了非晶态的，成分深度分布均一的ZrO2薄膜。该薄膜具有较好的热稳定性，在O2气氛中快速退火温度不高于600℃时，ZrO2／Si界面陡直，没有界面产物，且薄膜非晶结构能够保持稳定。但当退火温度高达700℃以上时，ZrO2薄膜由非晶态转变为非晶态和多晶态的混合状态，并且在ZrO2／Si界面处开始出现界面产物。采用准分子脉冲激光沉积法制备了ZrO2薄膜，研究了衬底温度对薄膜表面形貌，表面粗糙度以及I-V特性的影响。发现制备薄膜的衬底温度对其I-V特性有很大的影响。但是由于用于制备薄膜的PLD靶是经过高温烧结的靶，其结构为多晶，所以采用该方法制备的薄膜在较低的衬底温度下就发生结晶现象。首次采用超高真空电子束蒸发法在超薄顶层硅SOI衬底上制备了ZrO2薄膜，研究了其与SOI顶层硅之间的界面稳定性。同样发现超薄顶层硅SOI衬底上ZrO2薄膜的非晶微结构稳定性良好，其在02氛中以500-700℃快速退火300s仍能保持非晶态。但当退火温度达到700℃时，在ZrO2薄膜和SOI衬底的顶层硅界面处出现化学成分可能为zrsixq的界面产物。该界面产物有利于降低ZrO2薄膜和SOI衬底的顶层硅之间的界面态密度。首次采用超高真空电子束蒸发法在超薄SOI衬底上制备了ZrO2／Al2O3和Al2O3／ZrO2／Al2O3高K纳米厚度的栅叠层结构，深入研究了该结构的、全耗尽SOI MOS电容结构的高频C-V性能。因为在ZrOZ和Si之间不可避免的会有一层界面氧化物，Al2O3的优点是它在Si上非常稳定，因此结合ZrO2和Al2O3这两种材料的优势形成纳米厚度的栅叠层结构。研究表明全耗尽SOIMOS电容的高频C-V特性由少子决定的。在反型区，栅电容随着栅偏压的增加而降低，这是由于实验条件下SOI MOS电容的内部串联电阻很高串联电阻是决定高频C-V特性主要的和唯一的因素。同时随着频率的增高，积累区栅电容也随之增加，这是由于在更高频率下，内部串联电阻对高频C-V特性的影响更加显著，因为频率越高MOS电容的阻抗越低的原因。采用二维模拟软件Medici对以ZrO2为栅介质的体硅MOS器件和SOI MOS器件的性能进行了模拟。系统模拟了以ZrO2为栅介质的体硅MOS器件和常规MOS器件性能对比，以及ZrO2为栅介质的SOI MOS器件的性能与常规SOI MOS器件性能的对比。模拟结果将为高K介质材料的应用提供参考。自主设计了SOI基二维光子晶体波导具体制备工艺。对该波导进行了初步的理论计算，发现在SOI基底上，以顶层硅和空气孔形成的二维光子晶体，对于三角晶格周期结构，当r／a为0.4和0.45时，TE和TM光子带隙在约化频率（ωa／2πC）为0.413-0.464区间内均出现重叠，形成二维光子带隙。设计了H、He共注入，采用Smart-Cut工艺双理层SOI基底的制备流程和具体参数。设计了以顶层硅和空气孔形成的二维光子晶体波导，以及在空气孔中填充高K介质材料形成具有不同光子带隙的二维光子晶体波导的具体制备工艺。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-03-06 |
| 页码 | 131 |
| 源URL | [http://ir.sim.ac.cn/handle/331004/83412]  |
| 专题 | 上海微系统与信息技术研究所_微系统、冶金所学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 章宁琳. 体Si和SOI上高k介质材料研究[D]. 中国科学院上海微系统与信息技术研究所. 中国科学院上海微系统与信息技术研究所. 2003. |
入库方式： OAI收割
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