高k柵介質(zhì)GaAs MOS器件閾值電壓模型及界面特性研究.pdf

1、目前，Si集成電路已經(jīng)逐漸接近其物理極限，III-V族化合物半導(dǎo)體材料 GaAs因帶隙較大、電子遷移率高和低功耗等特點(diǎn)，在高k柵介質(zhì)MOSFET器件方面引起了人們極大的研究興趣。然而GaAs表面容易形成本征氧化物，影響GaAs和高k柵介質(zhì)之間的界面質(zhì)量。因此，本文主要圍繞GaAs/高k柵介質(zhì)的界面特性展開研究。理論研究方面，建立了堆棧高k柵介質(zhì)GaAs nMOSFET的閾值電壓模型，并討論了器件結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響。
　　模型方面，通過

2、求解二維泊松方程，綜合考慮短溝道效應(yīng)、DIBL效應(yīng)和量子效應(yīng)，建立了精確的堆棧高k柵介質(zhì)GaAs MOSFET的閾值電壓模型。利用模型對(duì)閾值電壓的溫度特性模擬表明，未考慮量子效應(yīng)的模型過高估計(jì)了溫度對(duì)閾值電壓的影響；模擬低k界面層引入的影響發(fā)現(xiàn)，引入低k界面層能改善高k/襯底界面特性，有效抑制邊緣場(chǎng)效應(yīng)和DIBL效應(yīng)，提高GaAs MOSFET的閾值電壓特性及其溫度穩(wěn)定性，但需要合理選取低k層的厚度和k值，使閾值電壓和柵極漏電之間獲得好

3、的折衷。
　　實(shí)驗(yàn)方面：(1)制備了HfTiON/LaON GaAs MOS器件，研究了不同等離子體(N2、NH3)表面預(yù)處理以及LaON界面鈍化層對(duì)GaAs MOS器件界面特性的影響。結(jié)果表明，使用 NH3等離子體表面預(yù)處理并淀積 LaON鈍化層能獲得較好的界面質(zhì)量和電學(xué)特性；(2)以HfTiON為高k柵介質(zhì)，研究了金屬La界面層對(duì)器件特性的影響，以及不同退火溫度處理對(duì)金屬 La的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，LaON/La作界面層并在6