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High-k薄膜与硅接触的电学特性研究

作　者: 占宁
导　师: 陆昉
学　校: 复旦大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: High-k DLTS 界面缺陷 CV 俘获截面退火 MOS
分类号: O484.42
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

本文研究了Al/Al₂O₃/Si和Al/HfAlO/Si型的金属-氧化物-半导体（MOS）电容的电学特性。通过深能级瞬态谱（DLTS）和高频电容-电压（CV）测试,并配合理论模拟,对样品的界面特性和退火特性进行了系统的研究。其主要结果如下:1.通过对Al₂O₃样品和不同组分比的HfAlO样品进行CV测试,发现在N₂和N₂/H₂混合气体中退火会给氧化层中引入一定量的正电荷,并且慢界面态的密度也会在退火后减少很多。2.提出对于MOS电容的界面缺陷,用DLTS测量的时候,测得的激活能不一定对应着能级位置,而可能对应着导带和费米面的距离。并且对样品表面势进行了模拟计算,得到了理论上导带和费米面的之间的距离。对于Al₂O₃样品,通过不饱和填充的DLTS测试,得到了缺陷俘获截面对应的激活能为0.25eV,从而对上述模型进行修正。同时,Al₂O₃样品激活能随静态偏压变化趋势也证明了其缺陷主要位于Al₂O₃和Si接触的界面上。3.通过DLTS测试发现,HfAlO样品的缺陷对应的激活能不随静态偏压的改变而改变。分析认为,HfAlO样品的缺陷主要是在界面附近的氧化层里面。通过不饱和填充的DLTS测试,得到缺陷俘获截面对应的激活能为0.08eV,从而得到HfAlO（1:1）样品缺陷能级的真正能级位置是在Si价带上方0.36eV的位置。并且通过对不同组分比的HfAlO样品在退火前后的DLTS测试,发现随着HfO₂组分比的增加以及退火,缺陷的激活能逐渐减小。缺陷浓度的变化也通过DLTS峰高计算出来。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
第一章引言  5-8
第二章样品生长及测试方法  8-21
  2.1 样品的生长  8
  2.2 用C-V方法测试MOS结构的原理  8-11
  2.3 功函数,界面态,离子对CV曲线的影响  11-13
  2.4 深能级瞬态谱(DLTS)  13-19
    2.4.1 PN结中的深能级瞬态谱  13-17
    2.4.2 MOS电容中深能级瞬态谱  17-19
  2.5 实验测试装置图  19-21
第三章用电容-电压(C-V)法研究样品特性  21-26
  3.1 掺杂浓度、平带电压和慢界面态的计算  21-23
  3.2 样品的CV测试结果及总结  23-26
第四章用深能级瞬态谱(DLTS)研究样品特性  26-51
  4.1 Al_2O_3样品的DLTS测试  26-38
    4.1.1 Al_2O_3样品在不同偏压下的DLTS测试  26-30
    4.1.2 表面势的计算  30-34
    4.1.3 用不饱和填充的DLTS进行模型的验证  34-38
  4.2 HfAlO(1:1)样品的DLTS测试  38-45
    4.2.1 HfAlO(1:1)样品改变偏压的DLTS测试  38-43
    4.2.2 用不饱和填充DLTS求俘获截面的激活能  43-45
  4.3 退火对HfAlO样品的影响  45-51
  4.4 总结  51
参考文献  51-53
致谢  53-54

High-k薄膜与硅接触的电学特性研究

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