基于Ni电极和ZrO_2/SiO_2/ZrO_2介质的MIM电容的导电机理研究

研究了基于Ni电极和原子层淀积的ZrO_2/SiO_2/ZrO_2对称叠层介质金属-绝缘体-金属(MIM)电容的电学性能.当叠层介质的厚度固定在14nm时,随着SiO_2层厚度从0增加到2nm,所得电容密度从13.1 fF/μm~2逐渐减小到9.3fF/μm~2,耗散因子从0.025逐渐减小到0.02.比较MIM电容的电流-电压(I-V)曲线,发现在高压下电流密度随着SiO_2厚度的增加而减小,在低压下电流密度的变化不明显,还观察到电容在正、负偏压下表现出完全不同的导电特性,在正偏压下表现出不同的高、低场I-V特性,而在负偏压下则以单一的I-V特性为主导.进一步对该电容在高、低场下以及电子顶部和底部注入时的导电机理进行了研究.结果表明,当电子从底部注入时,在高场和低场下分别表现出普尔-法兰克(PF)发射和陷阱辅助隧穿(TAT)的导电机理;当电子从顶部注入时,在高、低场下均表现出TAT导电机理.主要原因在于底电极Ni与ZrO_2之间存在镍的氧化层(NiO_x),且ZrO_2介质层中含有深浅两种能级陷阱(分别为0.9和2.3 eV),当电子注入的模式和外电场不同时,不同能级的陷阱对电子的传导产生作用.     

Ta和TaN底电极对原子层淀积HfO2介质MIM电性能的影响

以Ta,TaN为衬底,采用原子层淀积方法制备高介电常数HfO2介质,比较研究了不同衬底电极对金属-绝缘体-金属(MIM)电容的性能影响.结果表明,采用TaN底电极能够获得较高的电容密度和较小的电容电压系数(VCC),在1MHz下的其电容密度为7.47fF/μm2,VCC为356ppm/V2和493ppm/V,这归因于TaN底电极与HfO2介质之间良好的界面特性.两种电容在3V时漏电流为5×10-8A/cm2左右,基于TaN底电极的MIM电容表现出具有较高的击穿强度,其在室温下的导电机理为肖特基发射.     

氮化硅膜致小尺寸金属氧化物半导体晶体管沟道单轴应变物理机理

应力作用下MOS性能可显著提升, 小尺寸MOS沟道中单轴应力的引入可通过在MOS表面覆盖淀积SiN膜实现. 虽然该工艺已广泛应用于MOS性能的提升, 但有关SiN膜致MOS沟道应力的产生机理、作用机理, 以及SiN膜结构与MOS沟道应力类型关联性等方面的研究仍需深入探讨. 本文基于ISE TCAD仿真, 提出了分段分析、闭环分析和整体性分析三种模型. 通过对Si MOS源、栅、漏上多种SiN膜淀积形式的深入分析, 揭示了SiN膜致MOS 沟道应力产生与作用物理机理. 研究发现: 1) “台阶”结构是SiN膜导致MOS沟道应变的必要条件; 2) SiN膜具有收缩或者扩张的趋势, SiN膜主要通过引起MOS源/漏区域Si材料的形变, 进而引起沟道区Si材料发生形变; 3)整体SiN膜对沟道的应力等于源/漏上方SiN膜在源/漏所施加的应力、“闭环结构”对沟道内部所施加的应力以及SiN膜的完整性在沟道产生的应力的总和. 本文物理模型可为小尺寸MOS工艺制造, 以及MOS器件新型应力引入的研究提供有价值的参考.     

恒定温度应力加速实验失效机理一致性快速判别方法

针对加速实验中因失效机理发生改变而导致的无效实验问题, 对失效机理一致性和分别在不同应力下器件的初期退化参数分布的关系进行了研究. 研究证明了判断加速实验失效机理一致的条件: 1) 不同应力下失效分布的形状参数服从一致, 即m_i=m, i=1,2,3,···, 2) 尺度参数 η_i服从η_i= AF_i·η. 从而提供一种在实验初期即可根据参数退化分布快速判别不同应力下失效机理是否一致的方法, 避免了因失效机理发生改变而造成的无效加速实验. 最后对加速实验初期理论退化数据和多芯片组件厚膜电阻初期退化数据进行了威布尔分布参数估计, 并对其在不同应力下的失效机理一致性进行了判别. 关键词： 失效机理一致性 恒定温度应力加速实验 威布尔分布     

AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管漏电流退化机理研究

本文首先制备了与AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管 (HEMT) 结构与特性等效的AlGaN/GaN异质结肖特基二极管, 采用步进应力测试比较了不同栅压下器件漏电流的变化情况, 然后基于电流-电压和电容-电压测试验证了退化前后漏电流的传输机理, 并使用失效分析技术光发射显微镜 (EMMI) 观测器件表面的光发射, 研究了漏电流的时间依赖退化机理. 实验结果表明: 在栅压高于某临界值后, 器件漏电流随时间开始增加, 同时伴有较大的噪声. 将极化电场引入电流与电场的依赖关系后, 器件退化前后的 log(I_FT/E)与√E 都遵循良好的线性关系, 表明漏电流均由电子Frenkel-Poole (FP) 发射主导. 退化后 log(I_FT/E)与√E 曲线斜率的减小, 以及利用EMMI在栅边缘直接观察到了与缺陷存在对应关系的“热点”, 证明了漏电流退化的机理是: 高电场在AlGaN层中诱发了新的缺陷, 而缺陷密度的增加导致了FP发射电流I_FT的增加. 关键词： AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管 漏电流 退化机理     

Ta和TaN底电极对原子层淀积HfO2介质MIM电性能的影响

以Ta,TaN为衬底,采用原子层淀积方法制备高介电常数HfO₂介质,比较研究了不同衬底电极对金属-绝缘体-金属（MIM）电容的性能影响.结果表明,采用TaN底电极能够获得较高的电容密度和较小的电容电压系数（VCC）,在1MHz下的其电容密度为7.47fF/μm²,VCC为356ppm/V²和493ppm/V,这归因于TaN底电极与HfO₂介质之间良好的界面特性.两种电容在3?V时漏电流为5×10^-8关键词： 高介电常数 MIM电容 2薄膜')" href="#">HfO₂薄膜 电极     

GaN基白光发光二极管失效机理分析

对小功率白光GaN基发光二极管(LED)在室温、40 ℃和70 ℃下进行温度加速老化寿命实验,通过对老化前后不同时间段器件的电学、光学和热学特性进行测量来分析器件的失效机理,着重分析器件的芯片和荧光粉的失效机理.器件老化前后的I-V特性表明:老化过程中,器件的串联电阻和低正向偏压下的隧道电流增大,这是由于器件工作时其芯片的欧姆接触退化和半导体材料的缺陷密度升高而引起的.器件的热特性表明:高温度应力下器件的热阻迅速变大,封装材料迅速退化,这是器件退化的主要原因;光谱曲线表明温度加速了器件的     

GaN HEMT栅边缘电容用于缺陷的研究

本文对GaN HEMT栅漏电容的频率色散特性进行分析,认为栅边缘电容的色散是导致栅漏电容频率色散特性不同于圆肖特基二极管电容的主要原因. 通过对不同栅偏置条件下缺陷附加电容与频率关系的拟合,发现小栅压下的缺陷附加电容仅满足单能级缺陷模型,而强反向栅压下的缺陷附加电容同时满足单能级和连续能级缺陷模型. 实验中栅边缘电容的频率色散现象在钝化工艺后出现,其反映的缺陷很可能是钝化工艺引入,且位于源漏间栅金属未覆盖区域的表面. 最后通过低频噪声技术进一步验证栅边缘电容提取缺陷参数的可行性. 低频噪声技术获得的单能级 关键词： HEMT 边缘电容 缺陷 低频噪声     

闪速存储器中应力诱生漏电流的产生机理

通过实验研究了闪速存储器存储单元中应力诱生漏电流(SILC)的产生机理. 研究结果表明，在低电场应力下，其可靠性问题主要是由载流子在氧化层里充放电引起，而在高电场下，陷阱和正电荷辅助的隧穿效应导致浮栅电荷变化是引起闪速存储器失效的主要原因. 分别计算了高场应力和低场应力两种情况下SILC中的稳态电流和瞬态电流的大小. 关键词： 闪速存储器 应力诱生漏电流 电容耦合效应 可靠性     

开态应力下电压和电流对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的退化作用研究

通过采集等功率的两种不同开态直流应力作用下AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMTs)漏源电流输出特性、源区和漏区大信号寄生电阻、转移特性、阈值电压随应力时间的变化, 并使用光发射显微镜观察器件漏电流情况, 研究了开态应力下电压和电流对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的退化作用. 结果表明, 低电压大电流应力下器件退化很少, 高电压大电流下器件退化较明显. 高电压是HEMTs退化的主要因素, 栅漏之间高电场引起的逆压电效应对参数的永久性退化起决定性作用. 除此之外, 器件表面损坏部位的显微图像表明低电压大电流下器件失效是由于局部电流密度过高, 出现热斑导致器件损伤引起的.     

脉冲形成网络的设计与实验研究

 采用陶瓷无感电容器作为储能介质,设计了一种低阻抗高储能密度的中等高压脉冲形成网络。该脉冲形成网络采用无感陶瓷电容器作为储能介质,每一个电容器的容值为1.7 nF。电容器采用相对介电常数较高的钛酸钡作为材料,单个电容器的直径为6 cm、高度为4 cm,该电容器在变压器油中的工作电压可以达到50 kV。实验结果表明,设计的单线型中等高压脉冲形成网络可在1 Ω的匹配负载上获得半高宽220 ns,前沿为40 ns的高压脉冲,能很好满足脉冲功率系统小型化的应用要求。实验研究还表明,设计的低阻抗Blumlein型脉冲形成网络,在工作电压为44 kV时可在2.5 Ω的低阻抗负载上获得脉宽230 ns,前沿约为50 ns的脉冲。     

Investigation of the electrical properties of metal-oxide-metal structures formed from RF magnetron sputtering deposited MgTiO3 films

Thin films of MgTiO₃ high-k dielectric have been prepared by RF magnetron sputtering deposition at various substrate temperatures. X-ray diffraction, atomic force microscopy were used to characterize the deposited films. Experimental results show that substrate temperature has little effect on the stoichinometry. The electrical properties of MgTiO₃ metal-insulator-metal (MIM) capacitors were investigated at various deposition temperatures, Pt/MgTiO₃/Pt/SiO₂/n-Si, were studied. It is shown that the MgTiO₃ (210 nm) MIM capacitor fabricated at 200 °C shows an overall high performance, such as a high capacitance density of ∼1.2 nF/um², a low leakage current of 1.51 × 10⁻⁹ A/cm² at 5 V, low-voltage coefficients of capacitance, and good frequency dispersion properties. All of these indicate that the MgTiO₃ MIM capacitors are very suitable for use in Si analog circuit application or dynamic random access memory (DRAM) cell.     

自愈式金属化膜脉冲电容器耗损失效模型

 自愈式金属化膜脉冲电容器广泛应用于各类激光装置的能源系统中，它的可靠性直接影响到系统的可靠性与运行费用。在参考国外相关研究方法的基础上，分析了金属化膜脉冲电容器的失效机理，提出了一种新的耗损失效模型-Gauss Poisson模型，该模型将电容器的损耗分成自然损耗和突发损耗，与脉冲电容器传统的寿命分布模型Weibull模型相比具有预测更为精确的特点，而且基于该模型的寿命试验具有设计简单、时间较短、费用较低等优点，是一种较好的退化失效模型，应用前景较为广阔。     

Surface Leakage Currents in SiN and Al_2O_3 Passivated AlGaN/GaN High Electron Mobility Transistors

Surface leakage currents of AlGaN/GaN high electron mobility transistors are investigated by utihzing a circular double-gate structure to eliminate the influence of mesa leakage current.Different mechanisms are found under various passivation conditions.The mechanism of the surface leakage current with Al_2O_3 passivation follows the two-dimensional variable range hopping model,while the mechanism of the surface leakage current with SiN passivation follows the Frenkel-Poole trap assisted emission.Two trap levels are found in the trap-assisted emission.One trap level has a barrier height of 0.22 eV for the high electric Geld,and the other trap level has a barrier height of 0.12 eV for the low electric field.     

激光微细熔覆快速原型制造的厚膜电容组织性能

针对传统工艺制备的厚膜电容尺寸有限、容量低、损耗大，仅限于一些特定的应用领域，提出采用激光微细熔覆快速原型制造技术在陶瓷基板上制备电容，它具有速度快，不需要掩膜等特点。着重分析电容器的组织性能以及电容、介电常数、品质因数和绝缘电阻等电器性能，并对电容器的形成机理进行了研究。实验证明，激光微细熔覆快速原型制造技术比传统烧结工艺制备的厚膜电容容量大、再现性好，其组织致密、均匀，不存在界面成分的扩散。     

基于耗损失效模型的金属化膜脉冲电容器可靠性评估

 高储能密度金属化膜脉冲电容器是惯性约束聚变装置的关键元器件，由于其“自愈”特性，在短时间内很难得到它的失效数据。通过分析电容器的失效机理，给出了金属化膜脉冲电容器的一个耗损失效模型，推导了该模型的失效概率密度函数和分布函数，并利用电容器的性能衰退数据对其进行了可靠性分析。所选的某型金属化膜脉冲电容器未知参数估计值为0.000 119 4和0.006 7，将该值代入失效分布函数和概率密度函数中，从而确定电容器的失效模型，由此模型求得该型电容器充放电10 000次的可靠度为0.988 5，预计寿命为23 461次充放电。在工程实践中使用该模型对该型电容器进行可靠性分析可节约大量的试验成本。     

Development and Characterization of Metal-Insulator-Metal Capacitors with SiNx Thin Films by Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition

We report the fabrication of high breakdown voltage metal-insulator-metal （MIM） capacitors with 200-nm silicon nitride deposited by plasma-enhanced chemical vapor deposition with 0.957 SiH4/NH3 gas mixing rate, 0.9 Torr working pressure, and 60 W rf power at 250℃ chamber temperature. Some optimized mechanisms such as metal source wiping, pre-melting and evaporation rate adjustment are used for increasing the yield of the MIM capacitors. N2 annealing and O2/H2 plasma pre-deposition treatment is proposed to increase the reliability of the MIM capacitors in high-temperature, high-pressure, and high-humidity environments. A 97% yield and up to 148 V breakdown voltage of a 13.06pF MIM capacitor with 0.04 mm^2 die area can be fabricated.     

Study on the Failure Factors of Composite Insulation in High-Voltage Storage Capacitors

High-voltage storage capacitors, which have composite insulations of polypropylene film and paper impregnated with oil, are working under charge–discharge mode. The insulations are not only exposed to electrical stress but also to thermal stress. Failure factors of composite insulation in capacitors are analyzed from three aspects: partial discharge (PD), space charge, and thermal factors. In order to investigate the possible influences on the dielectric properties of materials in capacitors, aging tests were conducted on the capacitors. Some parameters were detected in aged capacitors compared with nonaged ones. Experimental results reveal that PD is the key factor leading to the breakdown of the capacitor, space charge is the direct factor that induces the breakdown, and thermal factor just accelerates the degradation process.