高K栅介质材料的研究现状与前景

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.     

新一代栅介质材料--高K材料

介绍了微电子工业的发展趋势和SiO2作为CMOS栅介质减薄所带来的问题,从而引出对高K材料的需求,简单介绍了作为栅极介质的各种高介电常数材料的性能的比较及制备高K薄膜的主要方法,总结了一些高K材料的研究现状,论述了目前有待进一步解决的问题,并展望了高K材料的发展趋势.     

正偏压作用下多弧离子镀ZrO2薄膜的组织结构与力学性能研究

在氧气和氩气的混合气体中,以O2/Ar流量比固定为1/4的条件,通过改变正偏压大小,采用多弧离子镀方法制备了新型高k栅介质——ZrO2薄膜。通过X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)研究了在不同正偏压作用下正偏压值与薄膜的相结构、表面形貌之间的关系,利用纳米压痕仪测量了不同正偏压作用下沉积得到的ZrO2薄膜的硬度及弹性模量,并观察了ZrO2薄膜经不同温度退火处理后的相结构及表面形貌的变化。结果表明,在各个正偏压条件下,薄膜结构呈微晶或非晶;ZrO2薄膜的均方根粗糙度随着正偏压的升高而降低;正偏压为100V时硬度和弹性模量均达到最大值,分别为16.1GPa和210GPa。     

HfO2高K栅介质的制备及其电学特性分析

选择HfO2高K姗介质作为研究对象,利用反应溅射方法制备了HfO2栅介质薄膜,分析不同的工艺制备条件对其HfO2栅介质电学性质和可靠性的影响.     

新型高k栅介质材料研究进展

随着半导体技术的不断发展，MOSFET（metal-oxide-semiconductor field effect transistor）的特征尺寸不断缩小，栅介质等效氧化物厚度已小至nm数量级。这时电子的直接隧穿效应将非常显著，将严重影响器件的稳定性和可靠性。因此需要寻找新型高k介质材料，能够在保持和增大栅极电容的同时，使介质层仍保持足够的物理厚度来限制隧穿效应的影响。本文综述了研究高k栅介质材料的意义；MOS栅介质的要求；主要新型高k栅介质材料的最新研究动态；展望了高k介质材料今后发展的主要趋势和需要解决的问题。     

Hf基高K栅介质材料研究进展

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,SiO2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SiO2.当今普遍认为Hf基栅介质材料是最有希望取代SiO2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.     

高k栅介质薄膜材料研究进展

金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET),要求其器件特征尺寸越来越小,当光刻线宽小于100nm尺度范围后,栅介质氧化物层厚度开始逐渐接近(1～1.5)nm,这时电子的直接隧穿而导致栅极漏电流随栅氧化层厚度的下降而指数上升,此外,当栅氧化层薄到一定程度后,其可靠性问题,尤其是与时间相关的击穿及栅电极中的杂质向衬底的扩散等问题,将严重影响器件的稳定性和可靠性.因此需要寻找一种具有高介电常数的新型栅介质材料来替代SiO2,在对沟道具有相同控制能力的条件下(栅极电容相等),利用具有高介电常数的介质材料(一般称为高k材料)作为栅介质层可以增加介质层的物理厚度,这将有效减少穿过栅介质层的直接隧穿电流,并提高栅介质的可靠性.本文介绍了高k栅介质薄膜材料的制备方法,综述了高k栅介质薄膜材料研究的应用要求及其研究发展动态.     

氧分压对RF磁控溅射ZrO2薄膜生长特性的影响

采用反应射频(RF)磁控溅射法在n型(100)单晶S基片上沉积了ZrO2膜,研究了氧分压与ZrO：薄膜的表面粗糙度和沉积速率、SiO2中间界层的厚度以及ZrO2薄膜的折射率之间关系。结果表明：随着氧分压增高,薄膜的沉积速率降低,表面粗糙度线性地增加;在低的氧分压情况下,Si基片表面的本征SiO2层的厚度增加幅度较小,在高的氧分压情况下,Si基片表面的本征SiO2层的厚度有较大幅度地增加;在O2／Ar混和气氛下,溅射沉积的ZrO2薄膜的折射率受氧分压的影响不显著,而在纯氧气气氛环境下,ZrO2薄膜的折射率明显偏低,薄膜的致密性变差。     

高k栅介质的研究进展

随着集成电路的飞速发展,半导体器件特征尺寸按摩尔定律不断缩小.SiO2栅介质将无法满足Metal-oxide-semniconductor field-effect transistor(MOSFET)器件高集成度的需求.因此,应用于新一代MOSFET的高介电常数(k)栅介质材料成为微电子材料研究热点.介绍了不断变薄的SiO2栅介质层带来的问题、对MOSFET栅介质材料的要求、制备高k薄膜的主要方法,总结了高k材料的研究现状及有待解决的问题.     

高k值HfO2栅介质材料电学特性的研究进展

随着Si-MOS集成电路的迅速发展,高k值栅介质材料将成为下一代MOS器件绝缘栅最有希望的候选材料.介绍了近年来HfO2栅介质材料在制备方法和电学特性方面的研究进展,提出了改善其电学特性的主要途径,其中包括非金属元素掺杂、构建组分渐变界面、设计准二元合金系统、制备堆垛积层结构、抑制界面层生长和选择适宜的电极材料等.     

钒掺杂二氧化钛薄膜制备与材料特性分析

以钛酸四丁酯和乙酰丙酮钒（Ⅲ）为主要原料,采用溶胶-凝胶法制备了钒掺杂二氧化钛薄膜,利用XRD、紫外-可见吸收光谱、FT-IR及XPS等表征手段,将其与未掺杂二氧化钛薄膜进行了材料特性对比研究。结果表明两种薄膜均为锐钛矿结构,引入钒后二氧化钛的禁带宽度由3.28eV减小至3.15eV,吸收带边红移至可见光范围;XPS分析证实制备的钒掺杂二氧化钛薄膜中钒以四价和五价两种氧化价态存在,可能在二氧化钛禁带中引入较深的杂质能级而引起价带顶向禁带拓展,从而产生引起禁带宽度变窄效应,扩展了二氧化钛带边光吸收。理论分析还表明,钒掺杂引起的深能级杂质在二氧化钛晶界处易于形成有效的陷阱俘获光生空穴,从而抑制光生载流子的复合,尤其适于用作光催化材料。     

ZrO2及ZrO2:CdS薄膜的制备和表征

利用ｓｏｌ－ｇｅｌ方法合成了ＺｒＯ_２薄膜,并通过在ＺｒＯ_２薄膜中复合ＣｄＳ纳米粒子成功地制备了ＺｒＯ_２：ＣｄＳ薄膜．制得的ＺｒＯ_２薄膜透明并具有较好的光透射性,而ＺｒＯ_２的含量及膜厚是影响其光透射性的主要因素．分散在ＺｒＯ_２：ＣｄＳ薄膜中的ＣｄＳ纳米粒子为六方相结构,并具有较好的分散性,其平均尺寸为４～６ｎｍ．实验结果表明：ＺｒＯ_２颗粒的晶化会对薄膜的光学性能及表面形貌产生影响,但ＣｄＳ的形成可以抑制薄膜表面ＺｒＯ_２颗粒的晶化,从而得到较为平滑的薄膜．     

二氧化锆气凝胶制备和表征

以无机盐 硝酸氧锆为原料,采用醇 水加热 超临界干燥法制备了二氧化锆气凝胶。采用XRD、TEM和BET等手段对样品进行测试表征。研究结果表明:本方法可以制备具有高比表面、小粒径的二氧化锆气凝胶。气凝胶原粉的比表面最大,可达675.6m2/g。其晶相结构也不同于采用一般方法制备的ZrO2粉体。在焙烧温度低于700℃时,随着焙烧温度的升高,四方相的含量逐渐增大,到700℃时达到最大86%;经1000℃焙烧后尽管粒径>30nm,仍有约30%的ZrO2以四方相的形式存在。探讨了醇水加热法制备ZrO2气凝胶的成胶机理。     

TiO2与聚合物复合薄膜的离子自组装制备及表征

在常温下,以钛酸丁酯[(C4H9O)4Ti]和聚四苯乙烯磺酸钠(PSS)作为前驱物在普通载玻片上用离子自组装法制备了TiO2纳米粒子/PSS复合薄膜,复合薄膜的透过率随镀膜次数或薄膜厚度的增加而呈现周期性变化。透射电镜(TEM)测试结果表明,TiO2呈板钛矿晶体结构,薄膜连续而均匀,TiO2的平均粒径是3.6nm。光电子能谱仪(XPS)测试结果显示,薄膜中含有Ti、O、C元素,载玻片表面完全被TiO2纳米复合薄膜所覆盖。     

HfO2薄膜的制备与光学性能

采用射频磁控反应溅射法，以高纯热压HfO2陶瓷为靶材，在Si衬底上成功制备出HfO2薄膜。系统研究了工艺参数对薄膜沉积速率的影响规律，并对薄膜的光学性能进行了研究。结果表明，射频功率对薄膜沉积速率的影响最为明显，O2／Ar流量比和衬底温度对沉积速率的作用不明显，所制备薄膜的折射率较高在近红外波段趋于1．95，在500-1650nm波段范围内薄膜几乎无吸收，透过率较高。     

Ellipsometric studies of microscopic surface roughness of CdS thin films

Analysis of changes in surface roughness of CdS thin films with preparation temperature was carried out using variable angle spectroscopic ellipsometry (VASE). The films studied were prepared by spray pyrolysis technique, in the substrate temperature range 200–360°C. The VASE measurements were carried out in the visible region below the band gap (E _g=2·4eV) of CdS so as to reduce absorption by the film. The thickness of the films was in the range 500–600 nm. Bruggeman’s effective medium theory was used for analysis of the surface roughness of the film. The roughness of the film had a high value (∼ 65 nm) for films prepared at low temperature (200°C) and decreased with increase in substrate temperature. This reached minimum value (∼ 27 nm) in the temperature range 280–300°C. Thereafter roughness increased slowly with temperature. The growth rate of the films was calculated for different temperature ranges. It was found that the deposition rate decreases with the increase in substrate temperature and have an optimum value at 300°C. Above this temperature deposition rate decreased sharply. The scanning electron micrograph (SEM) of the film also showed that the film prepared at 280–300°C had very smooth surface texture.     

TiO2功能薄膜的制备及影响其光催化活性的因素

近些年来，TiO2功能薄膜以其卓越的性能，尤其是优异的光催化性能引起研究人员的广泛关注，本文根据国内外近期TiO2功能薄膜的研究现状，对化学气相沉积法，水解一沉淀法，液相沉积法，溶胶－凝胶法，原子层沉积法，溅射法，激光辅助分子束沉积法等化学和物理制备方法进行评述，并比较详细地探讨了表面羟基含量，膜的厚度和孔径，结晶形态，基片种类，掺杂和光强度等因素对TiO2薄膜光催化性能的影响。