本文選題：高K材料 + 原子層淀積技術(shù)　； 參考：《西安電子科技大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：隨著半導(dǎo)體行業(yè)的不斷發(fā)展,集成電路芯片的密度隨之增大,晶體管的溝道長(zhǎng)度和柵介質(zhì)的厚度也不斷縮小。當(dāng)傳統(tǒng)的二氧化硅柵介質(zhì)的厚度小于1.4nm時(shí),由隧穿引發(fā)的漏電流急劇增大,導(dǎo)致器件的功耗增大到了一個(gè)不可接受的水平,需要尋找擁有高介電常數(shù)的、物理厚度大的新材料薄膜來取代SiO_2作為柵介質(zhì)材料。在所有的制備柵薄膜的方法中,原子層淀積技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)越性,所制備的薄膜組分一致性非常高。在本文中,主要對(duì)原子層淀積技術(shù)制備的Nd_2O_3,HfO_2和(HfO_2/Al_2O_3)納米介質(zhì)膜的光學(xué)特性進(jìn)行了研究,主要的研究?jī)?nèi)容如下:1.Nd_2O_3光學(xué)特性和工藝相關(guān)性研究。首先分析了不同工藝條件下制備的Nd_2O_3介質(zhì)材料的特性,得到了采用ALD方式制備Nd_2O_3介質(zhì)膜的優(yōu)化工藝條件如下:Nd(thd)3氣化溫度:185oC,生長(zhǎng)溫度范圍:300-320oC,金屬前驅(qū)體Nd(thd)3的脈沖時(shí)間大于0.5s。接著,研究了Nd_2O_3介質(zhì)膜的光學(xué)特性和退火溫度的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)材料的折射率指數(shù)和高頻介電常數(shù)都隨著退火溫度的升高減小,而材料的帶隙能值隨著退火溫度的升高而增大。最后,分析了薄膜淀積后高溫退火對(duì)Nd氧化物的界面化學(xué)態(tài)和能帶排列的影響。通過研究元素Nd 3d、O 1s和Si 2p的XPS核心結(jié)合能譜隨退火溫度的變化,發(fā)現(xiàn)界面的Nd硅酸鹽結(jié)構(gòu)隨著退火溫度的不斷升高,逐步由Nd_2SiO5結(jié)構(gòu)向Nd_2Si2O7結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。并且,Nd_2O_3介質(zhì)膜的直接帶隙能值隨著退火溫度的升高逐步增大。同時(shí),計(jì)算得到Nd_2O_3介質(zhì)模和硅襯底之間的價(jià)帶和導(dǎo)帶差都大于1eV。分析結(jié)果表明,Nd_2O_3介質(zhì)膜具有合適的帶隙能值,并硅襯底之間具有合適的能帶差,可以作為高K材料的應(yīng)用。2.HfO_2光學(xué)特性和厚度及氧化劑的相關(guān)性研究。首先,研究了HfO_2薄膜的光學(xué)特性和介質(zhì)材料厚度的關(guān)系,分析結(jié)果表明,當(dāng)采用去離子水作為氧化劑時(shí),預(yù)淀積膜的介電函數(shù)的實(shí)部值(ε1)隨著淀積周期數(shù)的增大而增大,而當(dāng)?shù)矸e周期數(shù)增大到一定程度(大于65周期)后,ε1值幾乎不再隨著淀積周期數(shù)變化而變化。同時(shí)材料的帶隙能值也隨著材料膜厚度的增大而減小。而當(dāng)采用臭氧作為氧化劑時(shí),材料的光學(xué)特性并沒有隨著膜厚的變化而表現(xiàn)出相似的變化趨勢(shì)。可以看出,氧化劑對(duì)于材料的光學(xué)特性有著很大的影響。接著,文中以淀積周期數(shù)為52的樣品為例,深入研究了氧化劑的不同對(duì)于介質(zhì)材料光學(xué)特性的影響。分析發(fā)現(xiàn),水基的HfO_2具有較大的ε1值。進(jìn)一步仔細(xì)研究材料的介電函數(shù)的虛部(ε2),發(fā)現(xiàn)臭氧基的介質(zhì)材料,除了來自硅襯底的吸收特性峰值外,其在帶隙能值內(nèi),吸收特性峰最少。此外,臭氧基的HfO_2材料具有較大的高頻介電函數(shù)、直接和間接帶隙能值。值得注意的是,無論是采用臭氧還是去離子水作為氧化劑,所得到的材料和硅襯底之間的價(jià)帶差和導(dǎo)帶差都比較大,這說明,原子層淀積技術(shù)淀積HfO_2介質(zhì)材料時(shí),無論采用水還是臭氧作為氧化劑,其得到的材料都能和硅襯底之間形成足夠高的勢(shì)壘,從而抑制電子和空穴隧穿。3.不同結(jié)構(gòu)HfO_2/Al_2O_3納米層的光學(xué)特性研究。文中分別對(duì)三種結(jié)構(gòu)的HfO_2/Al_2O_3納米介質(zhì)層進(jìn)行了分析研究。首先,分析了(HfO_2/Al_2O_3)_x疊柵結(jié)構(gòu)中,HfO_2/Al_2O_3疊層厚度對(duì)整體介質(zhì)膜的影響。分析結(jié)果表明介電函數(shù)的實(shí)部和虛部都隨著HfO_2/Al_2O_3疊層厚度的減小而減小。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),材料的光學(xué)帶隙能值并沒有隨著HfO_2/Al_2O_3疊層厚度的減小而發(fā)生太大的變化。同時(shí),計(jì)算所得的材料的相對(duì)介電常數(shù)也變化不大。接著,分析了當(dāng)Al_2O_3插入層位于Al_2O_3/HfO_2疊柵中的不同位置時(shí),對(duì)疊柵的特性的影響。發(fā)現(xiàn)當(dāng)Al_2O_3插入層位于中間層時(shí),其疊柵的ε1值最大。通過XPS分析材料的價(jià)帶譜發(fā)現(xiàn),Al_2O_3/HfO_2疊柵和襯底之間的價(jià)帶差和導(dǎo)帶差都大于1eV。最后,研究了在HfO_2中添加Al組分對(duì)介質(zhì)材料光學(xué)特性的影響。發(fā)現(xiàn)未摻雜的HfO_2介質(zhì)膜在經(jīng)過500oC高溫退火后就出現(xiàn)了結(jié)晶現(xiàn)象。當(dāng)在介質(zhì)膜中引入Al組分,Al-HfO_2介質(zhì)膜可以在700oC高溫退火后,依然保持無定形態(tài)。特別是,預(yù)淀積的[1Al_2O_3+5HfO_2]薄膜,其光學(xué)特性預(yù)淀積的純HfO_2相似。而且,在經(jīng)過退火處理后,其無定型結(jié)構(gòu)中的無序態(tài)最少,帶隙能值Eg(5.5±0.1eV)的熱穩(wěn)定性也最好。
[Abstract]:The optical properties of Nd _ 2O _ 3 dielectric films prepared by atomic layer deposition have been investigated . In this paper , the influence of the thickness of HfO _ 2 / Al _ 2O _ 3 on the optical properties of HfO _ 2 / Al _ 2O _ 3 has been studied .
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O484.41

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 饒瑞中;喬延利;魏合理;王英儉;龔知本;;中國(guó)典型地區(qū)大氣光學(xué)特性及其應(yīng)用[J];大氣與環(huán)境光學(xué)學(xué)報(bào);2007年06期

2 張保軍;滕敏;;光學(xué)透明高分子材料的光學(xué)特性及應(yīng)用[J];湛江師范學(xué)院學(xué)報(bào);2008年03期

3 邵建達(dá)，范正修，，殷功杰，易葵，袁利祥;W／C超薄多層膜的制備及其結(jié)構(gòu)與光學(xué)特性分析[J];物理學(xué)報(bào);1994年12期

4 徐則川,李義兵;金屬-介質(zhì)多層膜的光學(xué)特性[J];華中理工大學(xué)學(xué)報(bào);1997年01期

5 蔡偉平,張立德;銀/二氧化硅介孔復(fù)合體的半導(dǎo)體光學(xué)特性[J];科學(xué)通報(bào);1998年02期

6 朱勇,錢水兔,戴堅(jiān)舟;蜃景光學(xué)特性的數(shù)學(xué)模擬[J];華東理工大學(xué)學(xué)報(bào);2000年06期

7 錢惠國(guó);;鉻膜分光鏡光學(xué)特性的研究[J];浙江師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2008年02期

8 黃章勇,鄭能,楊德偉;磷化鎵棱鏡耦合器的光學(xué)特性[J];中國(guó)激光;1983年11期

9 李忠奇,劉成贊,李正芬;紅外掃描棱鏡鍍膜的光學(xué)特性[J];紅外研究(A輯);1986年05期

10 饒瑞中;黃宏華;黃印博;朱文越;方帥;;大氣光學(xué)特性對(duì)目標(biāo)成像影響的分析[J];紅外與激光工程;2009年03期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 王利光;郭良;王暢;Terence K.S.W.;;碳納米管(10,0)徑向形變的光學(xué)特性[A];第十三屆全國(guó)量子光學(xué)學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)論文摘要集[C];2008年

2 田貴才;張?jiān)Ｊ?;微球腔體的光學(xué)特性研究[A];第十四屆全國(guó)原子與分子物理學(xué)術(shù)會(huì)議論文專輯[C];2007年

3 李云梅;陸皖寧;;湖泊水體光學(xué)特性觀測(cè)與光譜重建[A];中國(guó)海洋湖沼學(xué)會(huì)第九次全國(guó)會(huì)員代表大會(huì)暨學(xué)術(shù)研討會(huì)論文摘要匯編[C];2007年

4 王朋;江紹基;;微納薄膜的結(jié)構(gòu)可控生長(zhǎng)研究及光學(xué)特性分析[A];中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)2011年學(xué)術(shù)大會(huì)摘要集[C];2011年

5 李千紅;孟令雁;楊志林;任斌;田中群;;增強(qiáng)拉曼體系表面等離子體光學(xué)特性研究[A];第十六屆全國(guó)光散射學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2011年

6 張耀寧;程祖海;李鋒;杜澤明;金元俊;;大通光孔徑氣動(dòng)窗口光學(xué)特性研究[A];湖北省激光學(xué)會(huì)論文集[C];2000年

7 李銅基;;黃東海春季水光學(xué)特性研究[A];第十四屆全國(guó)遙感技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文摘要集[C];2003年

8 浦偉;王鑫;;我國(guó)春季沙塵與人為氣溶膠物理光學(xué)特性研究[A];第31屆中國(guó)氣象學(xué)會(huì)年會(huì)S11 第三屆城市氣象論壇—城市與環(huán)境氣象[C];2014年

9 郭兆琦;陳衛(wèi)強(qiáng);段宣明;;吖內(nèi)酯納米晶體的可控制備及結(jié)構(gòu)與光學(xué)特性研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第26屆學(xué)術(shù)年會(huì)納米化學(xué)分會(huì)場(chǎng)論文集[C];2008年

10 劉云龍;王文軍;高學(xué)喜;張丙元;;酞菁銩薄膜的超快光學(xué)特性[A];中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)2011年學(xué)術(shù)大會(huì)摘要集[C];2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 謝煜;PCB光學(xué)特性對(duì)PCB光電外觀檢查機(jī)性能的影響機(jī)理[D];電子科技大學(xué);2014年

2 范小嬌;原子層淀積高k材料的光學(xué)特性研究[D];西安電子科技大學(xué);2015年

3 張斗國(guó);微納金屬?gòu)?fù)合結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性及其應(yīng)用基礎(chǔ)研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年

4 陳云云;高溫復(fù)雜流場(chǎng)光學(xué)特性及其診斷研究[D];南京理工大學(xué);2011年

5 鄔文俊;蝶翅微納結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性及變色機(jī)理研究[D];華中科技大學(xué);2012年

6 龔恒翔;多晶氧化鋅薄膜的制備和結(jié)構(gòu)、電學(xué)、光學(xué)特性研究[D];蘭州大學(xué);2002年

7 郭美麗;摻雜二氧化鈦的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性的第一性原理研究[D];天津大學(xué);2013年

8 宋銀;離子注入/輻照Al_2O_3、SiO_2的光學(xué)特性研究[D];蘭州大學(xué);2013年

9 李善鋒;鉺、鐿摻雜硼硅酸鹽玻璃的光學(xué)特性[D];大連理工大學(xué);2006年

10 鄒炳鎖;量子限域超微粒的合成、表征與光學(xué)特性研究[D];吉林大學(xué);1991年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 于洋;氮摻雜氧化鋅薄膜的制備及其結(jié)構(gòu)、形貌和光學(xué)特性研究[D];北京理工大學(xué);2016年

2 彭明松;地面復(fù)雜環(huán)境與典型目標(biāo)光學(xué)特性的數(shù)字仿真[D];北京理工大學(xué);2016年

3 唐恒敬;含金屬陽(yáng)極氧化鋁膜的微結(jié)構(gòu)與光學(xué)特性研究[D];曲阜師范大學(xué);2006年

4 鄭萌萌;多孔鋁納米陣列的制備及光學(xué)特性研究[D];曲阜師范大學(xué);2007年

5 蘇萬鈞;生物組織光學(xué)特性的單積分球測(cè)量技術(shù)[D];福建師范大學(xué);2004年

6 朱麗紅;氧化鋅/硅納米孔柱陣列異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合體系的制備及光學(xué)特性研究[D];鄭州大學(xué);2007年

7 李亞超;納米硅/氮化硅微結(jié)構(gòu)調(diào)整及光學(xué)特性研究[D];河北大學(xué);2008年

8 鄧健強(qiáng);溶膠凝膠法二氧化錫薄膜氣敏光學(xué)特性研究[D];華南理工大學(xué);2010年

9 吳敏珍;介觀器件的光學(xué)特性[D];煙臺(tái)大學(xué);2008年

10 張培;Ge/SiO_2薄膜的光學(xué)特性和應(yīng)用研究[D];華僑大學(xué);2011年

本文編號(hào)：1914229