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小尺寸MOSFET阈值电压模型及高k栅介质制备

李艳萍  
【摘要】: 随着集成电路集成密度的不断增加,MOSFET的特征尺寸越来越小,器件结构参数的选取逐渐逼近其物理极限,进一步缩小MOSFET面临一系列的困难和挑战,尤其是精确的器件建模和模拟以及MOSFET栅介质的选取和制备及其与衬底的界面特性。 本课题主要研究了量子效应对MOSFET特性的影响。采用三角阱近似的迭代方法求解泊松方程和薛定谔方程的自洽解,分析了沟道电荷的量子化效应,提出了考虑量子效应时不同于经典理论的阈值条件,得出了精确的一维阈值电压模型,模拟结果与实验十分吻合。在此基础上,基于二维泊松方程,通过考虑短沟道效应和量子效应,建立了较为精确的小尺寸MOSFET的量子修正阈值电压模型,模型适用于小尺寸高k栅介质MOSFET电特性的模拟和结构参数的设计,由此提出了k值的最佳范围。 研究了高k栅介质MOSFET器件的制备工艺。在溅射淀积HfO2栅介质之前,采用NO、N_2O、O_2 + CHCCl_3 (TCE)进行表面预处理,研究了各种预处理对界面态密度、栅电极漏电流和界面层厚度等特性的影响,并对样品进行应力实验。实验结果表明,采用新颖的TCE +少量O2的表面处理工艺是一种有前途的高k栅介质氧化层制备方法。


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