20纳米nMOS器件中应力金属栅结构设计与薄膜工艺优化

对于如今的CMOS集成工艺,应变金属栅是关键的工艺引入应变技术（PIS,process-induced-strain）之一。在本文中,为了在20nm高K金属栅后栅工艺的nMOS器件中得到较高栅应力,我们对金属栅结构和薄膜工艺的优化进行了大量的研究。通过TCAD工具对工艺和器件的仿真,我们研究了先进应变金属栅技术对器件性能的影响。带有不同栅应力（0GPa~-6GPa）的金属栅电极被应用在器件的仿真中,与此同时,其他PIS技术,如e-SiC 和氮化物应力层也被应用于器件中。随着器件尺寸的减小,应变金属栅对器件中沟道载流子输运有巨大的提高作用。此外,一种新型的角栅电极结构被提出,角度与沟道应力的关系被研究。同时,一种新的全应变金属填充栅以及用平板型氧化铪层代替U型氧化铪层,都能够提高应变金属栅的效果。为了在金属栅中得到更大应力的薄膜,我们优化了物理汽相淀积氮化钛的工艺条件。在氮气流量大约6sccm,较高溅射功率和较薄膜厚的情况下我们得到了最大的压应力-6.5GPa。     

在InGaAsP/InP双异质结构中的光弹效应及其对侧向光的限制作用

从理论上计算了厚度为 110 nm的 W0 .95 Ni0 .0 5 金属薄膜应变条在 In Ga As P/ In P双异质结构中形成的应力场分布 ,及由应力场分布引起的折射率变化 .在 W0 .95 Ni0 .0 5 金属薄膜应变条下半导体中 0 .2— 2μm深度范围内 ,由应变引起条形波导轴中央的介电常数 ε相应增加 2 .3× 10 - 1— 2 .2× 10 - 2 (2 μm应变条宽 )和 1.2× 10 - 1— 4.1× 10 - 2(4μm应变条宽 ) .同时 ,测量了由 W0 .95 Ni0 .0 5 金属薄膜应变条所形成的 In Ga As P/ In P双异质结光弹效应波导结构导波的近场光模分布 .从理论计算和实验结果两方面证实了 In Ga As P/ In P     

TF SOI PMOSFET的导电机理及漏电流的二维解析模型

从薄膜积累型 (TF AM) SOIPMOSFET的栅下硅膜物理状态随外加正栅压和漏压的变化出发 ,对其在 -5 .0 V背栅偏压下的导电机理进行了比较深入的理论分析 ,推导出了各种正栅压和漏压偏置条件下漏电流的二维解析模型 ,为高温 TF AM SOIPMOSFET和 CMOS数字电路的实验研究奠定了一定的理论基础 ,也为设计高温 SOI PMOSFET和 CMOS数字电路提供了一定的理论依据。     

溶胶-凝胶法制备Bi2O3-ZnO-Nb2O5薄膜及GaNMIS结构C-V特性

采用溶胶-凝胶法制备出高介电常数的Bi2O3-ZnO-Nb2Os(BZN)薄膜.总结出适合作为GaN金属-绝缘层-半导体场效应晶体管(MIS FET)栅介质的BZN薄膜的原料配比、烧结温度和保温时间等工艺参数,解决了原料溶解、粘稠度、浸润度等工艺问题.同时,结合半导体工艺制造出以BZN薄膜为绝缘介质的GaN MIS结构,通过测量到的高频C-V特性曲线,得到薄膜的相对介电常数为91,MIS结构的强反型电压为-3.4V,平带电压为-1.9V.     

溶胶-凝胶法制备Bi2O3-ZnO-Nb2O5薄膜及GaNMIS结构C-V特性

采用溶胶-凝胶法制备出高介电常数的Bi2O3-ZnO-Nb2Os(BZN)薄膜.总结出适合作为GaN金属-绝缘层-半导体场效应晶体管(MIS FET)栅介质的BZN薄膜的原料配比、烧结温度和保温时间等工艺参数,解决了原料溶解、粘稠度、浸润度等工艺问题.同时,结合半导体工艺制造出以BZN薄膜为绝缘介质的GaN MIS结构,通过测量到的高频C-V特性曲线,得到薄膜的相对介电常数为91,MIS结构的强反型电压为-3.4V,平带电压为-1.9V.     

MIM结构薄膜应变栅的工艺研究

阐述了采用直接沉积法制作MIM结构薄膜应变栅的工艺方法 ,对制备过程中所遇到的难点进行了分析并提出相应的解决方法 ,对所制作的薄膜应变栅式称重传感器进行了性能测试。     

GaN基MFS结构C-V特性研究

采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel)在n型GaN衬底上制备了PZT铁电薄膜及其相应的金属-铁电体-半导体(MFS)结构,测量了该MFS结构的C-V特性,从理论上分析了所制备的MFS结构的阈值特性.阈值电压的实验与理论分析结果吻合较好.采用PZT铁电薄膜作为GaN基MFS结构的栅介质,利用其高介电常数和较强的极化电场可以显著降低GaN基MFS器件的工作电压.     

压力传感器用NiCr纳米薄膜

采用离子束溅射纳米薄膜技术和半导体微细加工技术,将纳米薄膜应变电阻直接制作在金属弹性体上,实现了敏感元件与弹性体的原子结合,有效地解决了传统压力传感器中"零点漂移"技术难题,真正实现了在高温、振动等恶劣环境下的长期稳定性和可靠性.     

压力传感器用NiCr纳米薄膜

采用离子束溅射纳米薄膜技术和半导体微细加工技术,将纳米薄膜应变电阻直接制作在金属弹性体上,实现了敏感元件与弹性体的原子结合,有效地解决了传统压力传感器中"零点漂移"技术难题,真正实现了在高温、振动等恶劣环境下的长期稳定性和可靠性.     

压力传感器用NiCr纳米薄膜

采用离子束溅射纳米薄膜技术和半导体微细加工技术，将纳米薄膜应变电阻直接制作在金属弹性体上，实现了敏感元件与弹性体的原子结合，有效地解决了传统压力传感器中“零点漂移”技术难题，真正实现了在高温、振动等恶劣环境下的长期稳定性和可靠性。     

锰铜薄膜超高压力传感器研究

锰铜计是一种特种传感器,主要用于测量冲击波产生的超高压力。其量程上限可达50GPa,是现有传感器中最高的。为满足国防工程的特殊需要,须进一步提高传感器的量程上限及缩短传感器的响应时间。笔者通过传感器的结构设计、敏感材料和封装材料的研制以及采用新的传感器制备工艺,制作了一种新型的薄膜化的锰铜传感器,所得到的主要结论及创新性的结果可归纳如下:     

基于MEMS的力传感器薄膜应变计加工工艺

提出了在铝合金基体上磁控溅射80Ni20Cr薄膜电阻应变计的加工工艺,说明了其工艺的实现步骤。采用低弹性模量的铝合金制作力传感器的弹性体可以提高力/力矩传感器的灵敏度。提出了一种适合MEMS加工的全平面的力/力矩传感器弹性体结构。并介绍了薄膜电阻应变计构成的微型六维力传感器和薄膜厚度的测量手段。通过实验证实,此种薄膜工艺的应用提高了力传感器的测量精度。     

Transport properties of composite thin films and application to sensors

The electrical conductivity and thermopower is discussed of composite metal-non-metal thin films with amorphous and nanodisperse microstructure, respectively, For the ternary systems CrSiO and CrSiN it is shown, that owing to their structural and compositional disorder a small temperature coefficient of resistivity can be obtained over a wide resistivity range, useful for thin film resistors and strain gauges. The thermopowers of these films are found to be essentially determined by the metallic components, which gives the possibility to make sensitive thin film thermocouples of high stability.     

Enhancing the Sensitivity of Percolative Graphene Films for Flexible and Transparent Pressure Sensor Arrays

Flexible and transparent pressure sensor arrays can find applications in many places such as touch panels, artificial skin, or human motion detection. However, conventional strain gauges are rigid and opaque and are not suitable for such applications. Graphene‐based percolative strain gauges can overcome these challenges but currently are still in the infancy of their development. In this work, the performance of graphene‐based percolative strain gauges is investigated and guidelines to improve the durability and sensitivity of graphene films as sensing elements are developed. It is found that the gauge factor depends on the initial resistance of the graphene film. For the same film resistance, it is found that graphene flake size and film morphology also play a role in determining the gauge factor. Increasing the flake–flake resistance through assembly of surfactant molecules between graphene flakes provides an additional route to enhance the gauge factor. Furthermore, encapsulating the percolative film in micrometer‐thin Poly(methyl methacrylate) does not disrupt the sensing process but significantly improves the sensor's durability. Finally, thus enhanced graphene strain gauges are integrated into flexible and transparent pressure sensor arrays that exhibit high reproducibility and sensitivity.     

柔性高温NiCr薄膜应变计研究

耐高温的NiCr薄膜应变计在航空、航天领域有广泛的需求。采用射频磁控溅射方法制备了NiCr薄膜,研究了溅射气压和衬底温度对NiCr薄膜电阻温度系数的影响规律,结果表明:当溅射气压为0.2 Pa,基片温度为400℃时,电阻温度系数最小为130.7×10^-6/℃。利用优化的工艺条件,在Hastelloy柔性合金衬底上制备了NiCr薄膜应变计,测试结果表明,所制备的NiCr薄膜应变计在各个温度下其电阻随着应变呈线性变化,其应变灵敏度(GF)因子随温度增加而增大,当温度超过200℃后,GF因子缓慢变化。温度为400℃时,GF因子达到3。实验得到的基于Hastelloy合金衬底的柔性薄膜应变计为高温应变测量提供了一种新的手段。     

SAW氢传感器敏感薄膜的研究进展

氢敏薄膜的性质对SAW氢传感器的性能起着至关重要的作用。综述了SAW氢传感器敏感薄膜的国内外研究进展,比较了金属型和金属氧化物半导体(MOS)型薄膜材料的特点,着重阐述了金属氧化物半导体薄膜对SAW的作用机理和改性途径,以及纳米技术在SAW氢传感器敏感薄膜中的应用,展望了氢敏薄膜的发展方向。     

微波退火非晶硅薄膜低温晶化研究

多晶硅薄膜晶体管以及其独特的优点在液晶显示领域中起着重要的作用。为了满足在普通玻璃衬底上制备多晶硅薄膜晶体管有源矩阵液晶显示器,低温制备（＜600℃高质量多晶硅薄膜已成为研究热点。文章研究了一种低温制备多晶硅薄膜的新工艺;微波退火非晶硅薄膜固相晶化法,利用X射线衍射、拉曼光谱和扫描电镜分析了微波退火工艺对非晶硅薄膜固相晶化的影响,成功实现了低温制备多晶硅薄膜。     

氧化钒薄膜光伏效应机理分析

氧化钒薄膜是非致冷红外焦平面探测器的重要组成部分,光电特性一直是国内外的研究热点.用反应磁控溅射方法在K9玻璃衬底上制备了氧化钒薄膜,并在特定条件下对其进行了退火处理.结果发现,在300℃下退火180 s的氧化钒薄膜在可见光照射情况下呈现出了光伏效应,这说明光生载流子在氧化钒薄膜表层形成后得到了有效分离.该光伏特性为氧...     

飞秒激光加热多层金属薄膜的热响应

采用微观双曲两步热传导模型,研究了飞秒脉冲激光加热过程中多层金属薄膜的热响应。利用界面连续条件,推得三层金属薄膜各层薄膜内电子温度和晶格温度在拉普拉斯域内的解析表达式。通过拉普拉斯数值反变换,计算并绘制了100nm单层Au膜和34nmAu/33nmCr/33nmAu三层膜在飞秒脉冲激光加热过程中各层薄膜内电子温度和晶格温度沿薄膜厚度的分布曲线。数值结果表明,激光加热过程中不仅电子与晶格之间存在强烈的非平衡热行为,不同金属材料薄膜界面上金属晶格温度也具有急剧的非平衡行为。同时讨论了多层薄膜温度分布特点及其与薄膜材料参数的关系。     

利用同步测量研究二氧化钒薄膜的电学与光学相变特性

利用射频磁控溅射方法在蓝宝石衬底上制备了氧化钒薄膜,X射线衍射的测量结果表明薄膜的主要成分是多晶二氧化钒.实现了二氧化钒薄膜半导体-金属相变过程的电阻和五个不同波长下薄膜反射率的同步测量.实验结果表明,电学和光学测量都在相变过程中出现回滞曲线,但是二者的表现形式有明显差别.当用光学方法探测时,同一次相变过程中不同区域的反射率曲线几乎完全重合,证明了薄膜样品的均匀性.