高介電常數(shù)氧化物微觀結(jié)構(gòu)與電學(xué)性質(zhì)的第一性原理研究.pdf

1、本文采用第一性原理研究方法、以密度泛函理論(DFT)為理論基礎(chǔ)，對作為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管柵介質(zhì)材料的HfO2進(jìn)行了研究。選用單斜晶系結(jié)構(gòu)的HfO2材料，研究其微觀結(jié)構(gòu)和電學(xué)性質(zhì)。研究結(jié)果顯示體材料HfO2是間接帶隙半導(dǎo)體，且電子結(jié)構(gòu)計(jì)算表明HfO2的價(jià)帶和導(dǎo)帶分別主要由O原子的2p軌道、Hf原子的5d軌道構(gòu)成。本文系統(tǒng)地對HfO2的本征空位、替位、填隙缺陷和摻雜N、Si、Al、Ta的缺陷結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，計(jì)算了在富氧和富鉿生長條件下

2、，HfO2不同價(jià)態(tài)缺陷的形成能和電荷轉(zhuǎn)變能級。計(jì)算表明缺陷在富鉿的生長條件下容易形成，且在富氧的生長條件下，+1價(jià)的鉭原子替位鉿原子、-1價(jià)的鋁原子替位鉿原子、-4價(jià)的鉿空位缺陷最容易形成;在富鉿的生長條件下，+4價(jià)的鉿填隙、+2價(jià)的三重配位氧空位、-1價(jià)的氮原子替位四配位氧缺陷最易形成。HfO2中部分帶電缺陷的熱力學(xué)轉(zhuǎn)變能級處于Si的帶隙中，會(huì)俘獲或釋放電荷，形成費(fèi)米能級釘扎效應(yīng)，造成載流子的散射，晶體管閾值電壓的偏移，嚴(yán)重地影響晶體