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4H-SiC基功率器件的high-k栅介质材料研究进展
1
作者 刘帅 宋立辉 +1 位作者 杨德仁 皮孝东 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2024年第12期2027-2042,共16页
金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)作为碳化硅绝缘栅结构的典型器件被广泛使用,然而SiO_(2)介电常数低的缺点和SiO_(2)/4H-SiC界面特性差的问题一直制约着4H-SiC绝缘栅结构(金属-绝缘体-半导体,MIS)器件更大规模商业化应用,因此科... 金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)作为碳化硅绝缘栅结构的典型器件被广泛使用,然而SiO_(2)介电常数低的缺点和SiO_(2)/4H-SiC界面特性差的问题一直制约着4H-SiC绝缘栅结构(金属-绝缘体-半导体,MIS)器件更大规模商业化应用,因此科研工作者一直致力于寻找能够替代或弥补SiO_(2)的high-k栅介质材料。本文对该科学问题的研究现状进行综述,首先指出合适的high-k栅介质材料应该拥有较宽的禁带宽度、较高的介电常数、良好的界面特性和热稳定性。然后,主要从栅薄膜制备工艺、沉积温度、栅介质界面特性和电学性能等方面对典型high-k栅介质材料的研究结果进行评价,包括氧化铪(HfO_(2))、氧化铝(Al_(2)O_(3))、氮化铝(AlN)、氧化钇(Y_(2)O_(3))、氧化铈(CeO_(2))、氧化锆(ZrO_(2))、氧化镧(La_(2)O_(3))、五氧化二钽(Ta_(2)O_(5))、钛酸钡(BaTiO_(3))、氧化钬(Ho_(2)O_(3))和由它们组合而成的堆栈栅介质。最后,对未来该领域的研究方向进行了展望和建议,例如对栅漏电流机理的研究、对新材料的更多尝试、器件在极端环境下的可靠性问题等。 展开更多
关键词 4H-SiC MOS电容器 high-k栅介质材料 堆栈栅介质 界面特性 电学性能
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Hf基高K栅介质材料研究进展 被引量：4
2
作者 王韧 陈勇 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第11期20-23,共4页
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... 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。 展开更多
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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高K栅介质材料的研究现状与前景 被引量：1
3
作者 余涛 吴雪梅 +1 位作者 诸葛兰剑 葛水兵 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第21期25-29,共5页
论述了45～32nm技术节点下高K材料取代SiO2的必要性和基本要求,综述了高K栅介质中极具代表性的Hf基材料。研究表明,向HfO2中分别掺杂Al、Si、Ta、N等形成的复合Hf基高K栅介质材料具备较HfO2更加优异的物理结构、晶化温度、热力学稳定性... 论述了45～32nm技术节点下高K材料取代SiO2的必要性和基本要求,综述了高K栅介质中极具代表性的Hf基材料。研究表明,向HfO2中分别掺杂Al、Si、Ta、N等形成的复合Hf基高K栅介质材料具备较HfO2更加优异的物理结构、晶化温度、热力学稳定性以及电学特性,但与此同时也存在如何优化掺杂量、沟道载流子迁移率下降以及中间层引起的界面退化等难题。针对这些挑战,探讨了新型"堆垛结构"和引起载流子迁移率下降的物理机制,展望了高K材料在未来先进COMS器件中的应用。 展开更多
关键词 高K栅介质 HFO2 Hf基高K栅介质材料 MOSFET器件
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扫描透射电子显微镜(STEM)在新一代高K栅介质材料的应用 被引量：1
4
作者 朱信华 李爱东 刘治国 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第12期1233-1240,共8页
扫描透射电子显微镜(STEM)原子序数衬度像(Z-衬度像)具有分辨率高(可直接"观察"到晶体中原子的真实位置)、对化学组成敏感以及图像直观易解释等优点,成为原子尺度研究材料微结构的强有力工具。本文介绍了STEM Z-衬度像成像原... 扫描透射电子显微镜(STEM)原子序数衬度像(Z-衬度像)具有分辨率高(可直接"观察"到晶体中原子的真实位置)、对化学组成敏感以及图像直观易解释等优点,成为原子尺度研究材料微结构的强有力工具。本文介绍了STEM Z-衬度像成像原理、方法及技术特点,并结合具体的高K栅介质材料(如铪基金属氧化物、稀土金属氧化物和钙钛矿结构外延氧化物薄膜)对STEM在新一代高K栅介质材料研究中的应用进行了评述。目前球差校正STEM Z-衬度的像空间分辨率已达亚埃级,该技术在高K柵介质与半导体之间的界面微结构表征方面具有十分重要的应用。对此,本文亦进行了介绍。 展开更多
关键词 扫描透射电子显微镜 Z-衬度STEM像 高K柵介质材料 界面微结构 综述
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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 被引量：1
5
作者 张九如 殷江 《南京大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2009年第2期147-152,共6页
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... 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. 展开更多
关键词 高介电常数栅介质材料 脉冲激光淀积 薄膜
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栅介质材料及尺寸对薄膜晶体管性能影响研究 被引量：1
6
作者 裴智慧 秦国轩 《南京大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2019年第5期740-749,共10页
系统地对基于高介电常数材料HfO2和传统的介质材料SiO2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... 系统地对基于高介电常数材料HfO2和传统的介质材料SiO2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阈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HfO2的薄膜晶体管相对于基于SiO2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SiO2的薄膜晶体管具有更好的性能. 展开更多
关键词 薄膜晶体管 高介电常数 栅介质材料 栅介质尺寸
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高介电常数栅极电介质材料的研究进展 被引量：4
7
作者 张化福 祁康成 吴健 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第3期37-39,51,共4页
随着半导体技术的飞速发展,作为硅基集成电路核心器件的 MOSFET 的特征尺寸正以摩尔定律的速度缩小。然而,当传统栅介质层 SiO_2的厚度减小到原子尺寸时,由于量子隧穿效应的影响,SiO_2将失去介电性能,致使器件无法正常工作。因此,必须... 随着半导体技术的飞速发展,作为硅基集成电路核心器件的 MOSFET 的特征尺寸正以摩尔定律的速度缩小。然而,当传统栅介质层 SiO_2的厚度减小到原子尺寸时,由于量子隧穿效应的影响,SiO_2将失去介电性能,致使器件无法正常工作。因此,必须寻找新的高介电常数材料来替代它。目前,高介电常数材料是微电子行业最热门的研究课题之一。主要介绍了栅介质层厚度减小所带来的问题(即研究高介电常数材料的必要性)、新型栅电介质材料的性能要求,并简要介绍和评述了近期主要高介电常数栅介质材料的研究状况及其应用前景。 展开更多
关键词 栅介质 栅极 高介电常数材料 特征尺寸 栅电介质材料 MOSFET 集成电路 正常 研究进展 层厚
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高k栅介质原子分辨率的电镜表征:研究进展和展望(英文) 被引量：1
8
作者 朱信华 朱健民 +1 位作者 刘治国 闵乃本 《电子显微学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第3期280-302,共23页
随着特征尺寸不断缩小,CMOS器件已步入纳米尺度范围,因此纳米尺度器件的结构表征变得尤为关键。完备的半导体器件结构分析,要求确定原子位置、局部化学元素组成及局域电子结构。高分辨(分析型)透射电镜及其显微分析技术,能够提供衍衬像... 随着特征尺寸不断缩小,CMOS器件已步入纳米尺度范围,因此纳米尺度器件的结构表征变得尤为关键。完备的半导体器件结构分析,要求确定原子位置、局部化学元素组成及局域电子结构。高分辨(分析型)透射电镜及其显微分析技术,能够提供衍衬像(振幅衬度像)、高分辨像(相位衬度像)、选区电子衍射和会聚束电子衍射、X射线能谱(EDS)及电子能量损失谱(EELS)等分析手段,已作为半导体器件结构表征的基本工具。配有高角度环形暗场探测器的扫描透射电镜(STEM),因其像的强度近似正比于原子序数(Z)的平方,它可在原子尺度直接确定材料的结构和化学组成。利用Z-衬度像配合高分辨电子能量损失谱技术,可确定新型CMOS堆垛层中的界面结构、界面及界面附近的元素分布及化学环境。近年来新开发的球差校正器使得HRTEM/STEM的分辨率得到革命性提高(空间分辨率优于0.08 nm,能量分辨率优于0.2 eV),在亚埃尺度上实现单个纳米器件的结构表征。装备球差校正器的新一代HRTEM和STEM,使得高k栅介质材料的研究进入一个新时代。本文首先介绍了原子分辨率电镜(HRTEM和STEM)的基本原理和关键特征,对相关高分辨谱分析技术(如EDS和EELS)加以比较;然后综述了HRTEM/STEM在高k栅介质材料(如铪基氧化物、稀土氧化物和外延钙钛矿结构氧化物)结构表征方面的最新进展;最后对亚埃分辨率高k栅介质材料的结构表征进行了展望。 展开更多
关键词 高k栅介质材料 纳尺度结构和化学表征 HRTEM STEM EELS和EDS
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High-k材料研究进展与存在的问题 被引量：4
9
作者 杨雪娜 王弘 +4 位作者 张寅 姚伟峰 尚淑霞 周静涛 刘延辉 《人工晶体学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第5期731-735,共5页
随着集成电路的飞速发展,SiO2作为传统的栅介质将不能满足MOSFET器件高集成度的要求,需要一种新型High-k材料来代替传统的SiO2,这就要综合考虑以下几个方面问题:(1)介电常数和势垒高度;(2)热稳定性;(3)薄膜形态;(4)界面质量;(5)与Si基... 随着集成电路的飞速发展,SiO2作为传统的栅介质将不能满足MOSFET器件高集成度的要求,需要一种新型High-k材料来代替传统的SiO2,这就要综合考虑以下几个方面问题:(1)介电常数和势垒高度;(2)热稳定性;(3)薄膜形态;(4)界面质量;(5)与Si基栅兼容;(6)工艺兼容性;(7)可靠性。本文综述了几类High-k栅介质材料的研究现状及存在的问题。目前任何一种有望替代SiO2的栅介质材料都不能完全满足上述几点要求。但是,科学工作者们已经发现了几种有希望的High-k候选材料。 展开更多
关键词 High-k材料 介电常数 势垒高度 热稳定性 薄膜形态 界面质量 栅介质材料 半导体材料
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