学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

钽掺杂铪基高k栅介质薄膜的离子束制备与表征

作　者: 余涛
导　师: 诸葛兰剑；吴雪梅
学　校: 苏州大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 双离子束 Ta2O5薄膜 HfTaO基电容结构电学特性
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 14次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

为了解决由栅介质层过薄而引起的漏电流显著增加的难题,人们引入了一种具有高介电常数（高k）的材料来取代传统的SiO2。其中,铪基高k材料由于具备较高的介电常数和结晶温度、优异的界面特性和热稳定性以及低的频率色散和漏电流被广泛关注。本实验采用双离子束沉积系统在本底真空5×10^-4 Pa和工作气压3.2×10^-2 Pa条件下,于电阻率为3⁸cm的Si衬底上成功制备了高质量的Ta₂O₅和HfTaO薄膜。着重探究了薄膜微结构、介电特性与辅源离子能量、掺杂含量之间的潜在关系。此外,还研究了不同金属栅电极（Ag、Au、Pt）对HfTaO基MOS电容漏电流、电容值、可靠性、导电机制的影响。实验结果显示:（a）在辅源能量200eV下制备的Ta₂O₅薄膜具有最小的表面粗糙度和优异的界面特性。由C-V/I-V特征曲线表明,200eV下制备的Ta₂O₅基MOS电容具有最小的平带电压偏移量、等效氧化层密度以及漏电流。研究表明合适的辅源能量可有效改善薄膜生长机制,使薄膜由类岛状沉积转化为层状生长,从而提高晶粒均匀性、薄膜平整度以及致密性,使薄膜具有较好的电学性质。（b）通过向HfO2中掺杂Ta元素,可有效提高其物理、电学特性。尤其是Hf0.54Ta0.46O样品显示了大的介电常数（²2）,高的结晶温度900℃,小的平带电压偏移、氧化层电荷密度以及漏电流。（c）由于Pt金属具有高的功函数φm s（Pt）=5.65eV,因此Pt/HfTaO/Si/Pt电容在等效厚度Eot小于Ag, Au样品的情况下,仍然具有最小的漏电流。总言之,Pt金属极具成为下一代MOS器件中栅电极的潜质。

全文目录

中文摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章引言  10-25
  1.1 高k 栅介质薄膜的概况  10-13
    1.1.1 高k 栅介质薄膜的研究背景  10-12
    1.1.2 高k 材料的发展历程  12-13
  1.2 高k 栅介质材料的具体要求  13-14
  1.3 Hf 基高k 栅介质材料  14-19
    1.3.1 Al 掺杂  15-16
    1.3.2 Si 掺杂  16-17
    1.3.3 Ta 掺杂  17-18
    1.3.4 N 掺杂  18-19
  1.4 新型的“堆垛结构”  19-20
  1.5 迁移率退化的探讨  20-21
  1.6 本论文工作的意义及主要研究内容  21-22
  参考文献  22-25
第二章 Ta_20_5、HfTaO 薄膜的制备和表征  25-36
  2.1 薄膜制备  25-28
    2.1.1 实验装置及设备技术参数  25-27
    2.1.2 Ta_20_5、HfTaO 薄膜的沉积  27-28
    2.1.3 薄膜后退火处理  28
  2.2 薄膜的分析表征  28-32
    2.2.1 X 射线衍射(XRD)  29
    2.2.2 膜厚测量  29
    2.2.3 X 射线光电子能谱(XPS)  29-30
    2.2.4 原子力显微镜(AFM)  30-31
    2.2.5 扫描电子显微镜(SEM)  31-32
  2.3 薄膜性质表征  32-35
    2.3.1 紫外—可见光分光光度测试  32-33
    2.3.2 I-V 测试  33
    2.3.3 C-V 测试  33-35
  参考文献  35-36
第三章辅源能量对Ta_20_5薄膜结构、电学性质的影响  36-49
  3.1 Ta_20_5 薄膜的结构  36-39
    3.1.1 Ta_20_5 薄膜的XRD 分析  36-38
    3.1.2 Ta_20_5 薄膜的AFM 分析  38-39
  3.2 Ta_20_5 薄膜的电学性质  39-42
    3.2.1 Ta_20_5 薄膜的C-V 特性分析  39-41
    3.2.2 Ta_20_5 薄膜的I-V 特性分析  41-42
  3.3 Ta_20_5 薄膜的透光性质  42-45
  3.4 本章小结  45-47
  参考文献  47-49
第四章 HfTaO 薄膜结构和电学性质的研究  49-65
  4.1 HfTaO 薄膜的结构  49-56
    4.1.1 HfTaO 薄膜的EDAX 分析  49-50
    4.1.2 HfTaO 薄膜的XRD 分析  50-51
    4.1.3 HfTaO 薄膜的XPS 分析  51-53
    4.1.4 HfTaO 薄膜的SEM 分析  53-54
    4.1.5 HfTaO 薄膜的AFM 分析  54-56
  4.2 HfTaO 薄膜的电学性质  56-58
    4.2.1 HfTaO 薄膜的C-V 特性分析  56-57
    4.2.2 HfTaO 薄膜的I-V 特性分析  57-58
  4.3 退火后HfTaO 薄膜的电学性质  58-60
    4.3.1 退火后HfTaO 薄膜的C-V 特性分析  58-59
    4.3.2 退火后HfTaO 薄膜的I-V 特性分析  59-60
  4.4 HfTaO 薄膜的光学性质  60-61
  4.5 本章小结  61-63
  参考文献  63-65
第五章不同金属电极(Ag、Au、Pt)对HfTaO 基MOS 电容器电学性质的影响  65-75
  5.1 Ag, Au, Pt/HfTaO/Si MOS 结构的电学特性  65-71
    5.1.1 Ag, Au, Pt/HfTaO/Si MOS 电容的C-V 特性  66-69
    5.1.2 Ag, Au, Pt/HfTaO/Si I-V 特性曲线的比较  69-71
  5.2 本章小结  71-72
  参考文献  72-75
第六章结论  75-77
攻读硕士学位期间发表的论文  77-78
致谢  78-79

钽掺杂铪基高k栅介质薄膜的离子束制备与表征

内容摘要

全文目录

相似论文