呼之欲出的新一代MOS栅极电介质材料

传统的ＳｉＯ２栅极电介质材料无法克服ＭＯＳ年特征尺度缩小带来的量子隧穿效应的影响,作为进上步提高微电子器件集成度的途径,利用新一代具有高介电常数的栅极电介质材料取代ＳｉＯ２的研究工作已经展开,文中介绍了此类材料抑制隧穿效应的原理和其应当满足的各项性能指标,并对目前几种主要的研究方案,如几种高介电常数金属氧化物、硅酸盐及其迭层结构的研究状况和优缺点给予也简要评述。     

Si—OH基团对SiCOH低k薄膜性能的影响与控制

研究了十甲基环五硅氧烷(D5)的电子回旋共振等离子体沉积的SiCOH薄膜中Si—OH基团对介电性能和漏电流的影响.结果表明Si—OH含量的增大会导致介电常数k的增大、漏电流的降低和介电色散的增强.由于Si—OH结构的强极化补偿了薄膜密度减小带来的介电常数降低，导致总的介电常数k增大.高Si—OH含量下漏电流的降低是由于封端的Si—OH基团降低了薄膜中Si—O网络的连通概率p而导致网络电导下降的缘故.介电色散的增强与Si—OH封端结构的快极化过程有关.改变放电参数以提高电子能量，从而提高源的电离程度，使更多的Si—OH基团断裂并通过缩合反应形成Si—O—Si网络，可以进一步降低薄膜的介电常数. 关键词： SiCOH薄膜 Si—OH结构 介电性能 ECR放电等离子体     

聚合物及其混合物的太赫兹介电性质测定与分析方法

聚合物材料因其对太赫兹波的高透过率以及良好的塑形能力在太赫兹研究中扮演了重要的角色,由于材料的介电特性直接关系着折射率、极化率等重要性质,不同的应用场合通常需要材料呈现出特殊的太赫兹介电响应,一方面可以选取不同的聚合物材料,另一方面可以通过多种聚合物的混合实现材料介电性质的调制。聚合物材料合理的选取和设计建立在材料太赫兹介电精确表征之上,然而利用太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)对聚合物材料进行透射式太赫兹介电表征时,材料内部空气孔隙的存在会影响表征结果的复现性,同时也会影响共混聚合物介电性质的分析和预测。因此以Landau, Lifshitz, Looyenga(LLL)模型为基础提出了考虑空气影响的介电分析模型,并选取了在太赫兹研究中广泛使用的聚合物材料聚乙烯(PE)和聚四氟乙烯(PTFE)对模型的有效性和稳定性加以验证,展开了两种材料单质和混合物两方面的介电分析。在太赫兹波透射样品之后的相位变化信息中提取出样品的介电常数,同一种物质制备的样片间太赫兹介电谱存在明显差异,使用包含气隙影响的LLL模型处理实验数据后,样品介电常数中空气的介电影响被移除,从而得到了两种材料的本征介电常数,在此基础上,使用测得的本征介电常数和混合物样品中两种材料的体积占比信息代入包含气隙影响的LLL模型计算得到了不同配比混合物的太赫兹介电常数的模拟值,并与THz-TDS实验获取的实验值进行了对比。利用所提出的有效介质模型,聚乙烯和聚四氟乙烯在10～40 cm-1波段内移除空气影响后的平均介电常数为2.315±0.003（±0.13%）和2.109±0.003（±0.14%）,在不同重量、不同厚度的单组份样品间模型测定的聚合物介电常数保持了良好的重复性,在对混合物的太赫兹介电性质测定与分析中,利用模型计算的混合物介电常数模拟值与THz-TDS测定的介电常数实验值保持了高度线性相关,其相关系数为0.964 3,全局相对误差为1.08%,体现了模型的可靠性。提出的介电分析模型可以扩展到更多的高分子材料单质及其混合物的太赫兹介电性质表征中,对太赫兹波段的共混聚合物材料设计具有参考价值。     

基于Ga2O3-SiC-Ag多层结构的介电常数近零超低开关阈值光学双稳态器件

光学双稳态这一非线性光学现象因其在全光系统中的巨大应用潜力而备受关注.然而微弱的非线性响应往往需要巨大的输入功率才能实现光学双稳态,导致其实用性不强.本文基于Ga₂O₃-SiC-Ag的金属-介电材料多层结构,在实现介电常数近零的大场增强的同时,还引入了具有大非线性系数的材料,并基于有限元法研究了介电常数近零层的厚度和长度对光学双稳态的影响.研究结果表明,光学双稳态随介电常数近零层的厚度和长度的增大而变得愈发显著,在通信波段的开关阈值低至约10^–6 W/cm²,与之前报道的基于介电常数近零材料的光学双稳态相比,降低了9个数量级,展现了在光子集成电路产业化中的巨大应用潜力.     

PECVD分层结构对提高氢化非晶硅TFT迁移率的影响

为了进一步提高氢化非晶硅薄膜晶体管 (a-Si:H TFT) 的场效应电子迁移率, 研究了批量生产条件下对欧姆接触层和栅极绝缘层进行多层 制备, 不同的工艺参数对a-Si:H TFT场效应电子迁移率的影响. 研究表明随着对欧姆接触层 (n⁺层) 分层数的增加, 以及低速生长的栅极绝缘层 (GL层) 和高速生长的栅极绝缘层 (GH 层) 厚度比值提高, a-Si:H TFT的场效应迁移率得到提升. 当n⁺层分层数达到 3层, GL层和GH层厚度比值为4:11 时, 器件的场效应电子迁移率达到0.66 cm²/V·s, 比传统工艺提高了约一倍, 显著改善了a-Si:H TFT 的电学特性, 并在量产线上得到了验证. 关键词： 非晶硅薄膜晶体管 电子迁移率 欧姆接触层 栅极绝缘层     

Pt/Si界面的椭圆偏振光谱研究

本文应用椭圆偏振光谱法,研究未经热处理的Pt/(n-Si)界面.在350O(?)～650O(?)的光谱范围内,对椭圆偏振光谱的测量数据进行分析计算,以确定界面的光学响应.结果表明,Pt/(n-Si)界面存在着一界面层,其厚度d_2-30±1(?).本工作同时得到了该界面层的表观光学常数谱和介电函数谱.应用有效介质理论对界面层的介电函数谱进行拟合分析,结果指出,界面层存在着富硅的氧化物(其平均效果是SiO_(1.54)),界面区是Pt、Si和富硅氧化物的物理混合和化学混合区.     

场发射栅孔阵列的制备

 采用硅的局部氧化技术以及湿法刻蚀技术,利用2.6 μm的光刻掩模板在n型硅片上形成了栅极孔径为1 μm的场发射阴极的栅极空腔阵列,实现了用大阵点尺寸的栅极掩模板制备较小尺寸栅孔阵列。硅的湿法刻蚀溶液采用各向同性的硝酸和氢氟酸混合溶液,刻蚀后空腔的深度和宽度均随刻蚀时间线性增加。同时,由于刻蚀溶液具有较高的Si/SiO₂ 刻蚀选择比,栅极孔径随刻蚀时间增大的速度远低于深度和宽度增大的速度,栅极孔径主要取决于掩模的尺寸和氧化层的厚度。通过选择掩模板的尺寸以及氧化层的厚度,采用局部氧化技术和湿法刻蚀技术能够制备出微米或亚微米的场发射阴极的栅极空腔阵列。     

SrTiO3金属-绝缘体-半导体结构的介电与界面特性

采用金属有机分解法在p型Si衬底上制备了SrTiO3（STO）薄膜.研究了STO薄膜金属 绝缘体 半导体(MIS)结构的介电和界面特性.结果表明，STO薄膜显示出优异的介电性能，在10kHz处的介电常数约为105，损耗低于001，这来源于多晶结构和良好的结晶性；MIS结构中的固定电荷密度Nf和界面态密度Dit分别约为15×1012cm-2和(14—35)×1012cm-2eV-1，这主要与Si/STO界面处形成的低介电常数界面层有关. 关键词： SrTiO3薄膜 MIS结构 介电性能 Si/STO界面     

高k栅介质应变Si SOI MOSFET的阈值电压解析模型

在结合应变Si,高k栅和SOI结构三者的优点的基础上,提出了一种新型的高k栅介质应变Si全耗尽SOI MOSFET结构.通过求解二维泊松方程建立了该新结构的二维阈值电压模型,在该模型中考虑了影响阈值电压的主要参数.分析了阈值电压与弛豫层中的Ge组分、应变Si层厚度的关系.研究结果表明阈值电压随弛豫层中Ge组分的提高和应变Si层的厚度增加而降低.此外,还分析了阈值电压与高k栅介质的介电常数和应变Si层的掺杂浓度的关系.研究结果表明阈值电压随高k介质的介 关键词： 应变Si k栅')" href="#">高k栅 短沟道效应 漏致势垒降低     

两种不同(Ba,Sr)TiO3薄膜介电-温度特性的研究

研究并比较了两种不同(Ba_0.5,Sr_0.5)TiO₃(BSTO)薄膜介电-温度特性.采用脉冲激光沉积技术在Pt/Ti/SiO₂/Si(100)衬底上制备BSTO薄膜，发现制备条件的不同，可以得到介电性质完全不同的BSTO薄膜.在550℃和氮气氛下制备的BSTO薄膜在常温下具有很高的介电常数，在10kHz下，超过2500，并在200K温度以上介电常数基本不变.它的一些电学性质不同于在正常条件(650℃和氧气氛下)制得的BSTO薄膜，而类似于目前广泛报道的巨介电常数材料如CaCu_３Ti_４O₁₂.两种薄膜介电性质测试结果表明: 氧气氛下制备的BSTO薄膜呈现铁电-顺电相变，符合居里-外斯定律；低温氮气氛下制备的BSTO薄膜，介电弛豫时间和温度的关系符合德拜模型，是热激发弛豫.文中给出了产生这种介电特性的初步解释. 关键词： 薄膜 脉冲激光沉积 介电弛豫     

Evidence of SiO at the Si-oxide interface by surface soft X-ray absorption near edge spectroscopy

Using synchrotron radiation a new surface sensitive spectroscopy has been applied to determine the local structure of the first surface oxide layer formed on the Si(111) surface. The Surface Soft X-ray Absorption (SSXA) spectra have been measured. From the analysis of the X-ray Absorption Near Edge Structures (XANES) we have extracted structural information. We have first determined that bulk amorphous SiO has a characteristic microsopic structure, which cannot be described by the random alloy or microcrystalline (Si + SiO₂) mixture models. The oxide layer formed on the Si(111) surface by ground-state molecular excitation in ultra high vacuum at temperatures (～700°C) approaching the oxide dissociation point has this unique SiO local structure. Such SiO layer not formed at room temperature is expected to be present in the SiSiO₂ interface grown at high temperature. An electronic transition to empty states at the SiSiO₂ interface has been observed.     

Large-scale SiO2 photonic crystal for high efficiency GaN LEDs by nanospherical-lens lithography

Wafer-scale SiO2 photonic crystal （PhC） patterns （SiO2 air-hole PhC, SiO2-pillar PhC） on indium tin oxide （ITO） layer of GaN-based light-emitting diode （LED） are fabricated via novel nanospherical-lens lithography. Nanoscale polystyrene spheres are self-assembled into a hexagonal closed-packed monolayer array acting as convex lens for expo- sure using conventional lithography instrument. The light output power is enhanced by as great as 40.5% and 61% over those of as-grown LEDs, for SiO2-hole PhC and SiO2-pillar PhC LEDs, respectively. No degradation to LED electrical properties is found due to the fact that SiO2 PhC structures are fabricated on ITO current spreading electrode. For SiO2- pillar PhC LEDs, which have the largest light output power in all LEDs, no dry etching, which would introduce etching damage, was involved. Our method is demonstrated to be a simple, low cost, and high-yield technique for fabricating the PhC LEDs. Furthermore, the finite difference time domain simulation is also performed to further reveal the emission characteristics of LEDs with PhC structures.     

SiC热氧化SiO_2层结构的光谱学表征

C原子的存在,不仅影响SiC热氧化SiO2层与SiC间的界面态,也直接影响SiO2层的结构和致密性。本文用红外光谱对SiC和Si热氧化生长SiO2层进行了研究,分析和讨论SiO2/SiC和SiO2/Si的红外反射光谱特征峰,以及不同的热氧化条件和退火过程对这些谱峰的影响,对SiC热氧化SiO2层质量的光谱学表征进行了初步探讨。     

PPV固态类阴极射线发光动力学的研究

制备了三种结构的薄膜电致发光器件，以PPV作为发光层，SiO2作加速层，证明了固态类阴极射线发光的存在，对其发光动力学中的一些问题进行了研究，固态类阴极射线发光这一现象将为形成一类新的平板显示技术的开创成为可能。     

Nb/A1-AlO_X/Nb隧道结的制备研究

通过改进RIE的刻蚀工艺和绝缘层的生长工艺,在SiO2/Si衬底上制备出了性能良好的超导Nb/A1-AlOX/Nb隧道结。采用CF4作为刻蚀气体,降低了RIE对结势垒层和衬底SiO2层的刻蚀。使用PECVD生长绝缘层SiO2,改善了绝缘性能,从而降低了隧道结的漏电流。     

SiO2包覆对ZnS纳米材料发光的增强机制

为了明确团聚现象及表面性质对ZnS纳米材料发光性质的影响,采用SiO₂对ZnS材料进行了表面修饰,并对ZnS及ZnS/SiO₂复合材料的光学性质进行对比研究.采用吸收光谱分析了包覆前后光吸收性质的差异,发现SiO₂包覆后ZnS纳米材料的带边由333 nm红移至360 nm.为了研究ZnS纳米材料与ZnS/SiO₂纳米复合材料的光发射性质,分别对含纳米材料的水溶液样品及粉末样品的发光光谱进行了采集.对比研究的结果表明,SiO₂包覆后ZnS纳米材料在蓝紫光区的发光得到了明显增强.以氙灯作为激发光源所获得荧光光谱显示ZnS/SiO₂粉末样品发光的积分强度增大为原来的17.5倍,但相同条件下针对溶液样品的测试结果显示其发光强度只增大了1.1倍,这种增强可用SiO₂的存在抑制了ZnS纳米粒子间的团聚来解释,且这一推断由325 nm紫外激光激发下获得的光致发光数据进行了验证.     

Active oxidation: Silicon etching and oxide decomposition basic mechanisms using density functional theory

The etching of silicon atom from the Si(1 0 0)-p(2 × 2) surface, i.e. the desorption of SiO molecules from this surface, either clean or pre-oxidized, is investigated at the density functional theory level. The reaction paths for desorption are given as a function of the initial oxidation state of the extracted silicon atom. The associated activation energies and the atomic configurations are discussed. Particularly, it is shown that desorption of SiO molecules takes place during conventional thermal oxide growth (∼2 eV activation) via non-oxidized silicon atoms. Further SiO extraction mechanisms of higher silicon oxidation states required higher temperatures. In particular, doubly oxidized silicon atoms (Si²⁺) are able to decompose with an activation of ∼4 eV which corresponds to the actual temperature where decomposition of oxides is observed. This confirms the statement that decomposition of oxide layer nucleates at the interface with silicon where Si²⁺ has been detected thanks to XPS experiment.     

Formation of high density TiN nanocrystals and its application in non-volatile memories

Non-volatile memory based on TiN nanocrystal （TiN-NC） charge storage nodes embedded in SiO2 has been fabricated and its electrical properties have been measured. It was found that the density and size distribution of TiN-NCs can be controlled by annealing temperature. The formation of well separated crystalline TiN nano-dots with an average size of 5 nm is confirmed by transmission electron microscopy and x-ray diffraction, x-ray photoelectron spectroscopy confirms the existence of a transition layer of TiNxOy/SiON oxide between TiN-NC and SiO2, which reduces the barrier height of tunnel oxide and thereby enhances programming/erasing speed. The memory device shows a memory window of 2.5V and an endurance cycle throughout 10^5. Its charging mechanism, which is interpreted from the analysis of programming speed （dVth/dt） and the gate leakage versus voltage characteristics （Ig vs Vg）, has been explained by direct tunnelling for tunnel oxide and Fowler Nordheim tunnelling for control oxide at programming voltages lower than 9V, and by Fowler-Nordheim tunnelling for both the oxides at programming voltages higher than 9V.     

Influence of APS bias voltage on properties of HfO_2 and SiO_2 single layer deposited by plasma ion-assisted deposition

HfO2 and SiO2 single layer is deposited on glass substrate with plasma ion assistance provided by Leybold advanced plasma source (APS). The deposition is performed with a bias voltage in the range of 70-130 V for HfO2, and 70-170 V for SiO2. Optical, structural, mechanical properties, as well as absorption and laser induced damage threshold at 1064 nm of HfO2 and SiO2 single layer deposited with the plasma ion assistance are systematically investigated. With the increase of APS bias voltage, coatings with higher refractive index, reduced surface roughness, and higher laser-induced damage threshold (LIDT) are obtained, and no significant change of the absorption at 1064 nm is observed. For HfO2, a bias voltage can be identified to achieve coatings without any stress. However, too-high bias voltage can cause the increase of surface roughness and stress, and decrease the LIDT. The bias voltage can be properly identified to achieve coatings with desired properties.     

第一性原理研究厚度和空位缺陷对Si/SiO2界面电子结构与光学性质的影响

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,在局域密度近似（LDA）下研究了Si纳米层厚度和O空位缺陷对Si/SiO2界面电子结构及光学性质的影响．电子结构计算结果表明：在0.815~2.580nm的Si层厚度范围内,Si/SiO2界面结构的能隙随着厚度减小而逐渐增大,表现出明显的量子尺寸效应,这与实验以及其他理论计算结果一致;三种不同的O空位缺陷的存在均使得Si/SiO2界面能隙中出现了缺陷态,费米能级向高能量方向移动,且带隙有微弱增加．光学性质计算结果表明：随着Si纳米层厚度的减小,Si/SiO2界面吸收系数产生了蓝移;O空位缺陷引入后,界面光学性质的变化主要集中在低能区,即低能区的吸收系数和光电导率显著增加．可见,改变厚度和引入缺陷能够有效地调控Si/SiO2界面体系的电子和光学性质,上述研究结果为Si/SiO2界面材料的设计与应用提供了一定的理论依据．