隨著集成電路集成度的不斷提高,作為集成電路最基本單元—場效應(yīng)晶體管的尺寸也不斷縮小。在此過程中,面臨的最大的挑戰(zhàn)是柵介質(zhì)層的厚度越來越薄,從而引發(fā)無法接受的漏電流和熱損耗。由此,人們引入了高介電常數(shù)（高k）的材料來代替?zhèn)鹘y(tǒng)柵介質(zhì)材料SiO2,目前工業(yè)化使用的高k材料為HfO2,但是其介電常數(shù)較低（≤20）,結(jié)晶溫度低（<500℃）等缺點,只能滿足未來幾年集成電路發(fā)展的需求,所以為了集成電路長遠發(fā)展,需要開發(fā)出新型高k柵介質(zhì)材料代替HfO2。在眾多高k材料候選中,稀土氧化物憑借較高介電常數(shù)、高禁帶寬度和優(yōu)異熱穩(wěn)定性等優(yōu)勢脫穎而出,但是,單一稀土氧化物的介電常數(shù)與HfO2相差不大,所以合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計是提高稀土氧化物介電性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。此外,在介質(zhì)材料中,介電常數(shù)和禁帶寬度往往成反比,即在一種材料中很難同時實現(xiàn)高介電常數(shù)和高禁帶寬度的統(tǒng)一,這是設(shè)計柵介質(zhì)材料的難點所在。本論文通過磁控濺射制備了一系列稀土氧化物薄膜,通過摻雜或者疊層的方式,著重調(diào)控介電常數(shù)和禁帶寬度兩個參數(shù),使其滿足作為柵介質(zhì)材料的要求,為新型柵介質(zhì)材料的設(shè)計提供了新思路。主要研究包括:（1）研究了二元稀土氧化物薄膜制備... 

【文章來源】：北京科技大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：155 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖２－１芯片的制造過程??集成電路的發(fā)展歷程如圖２－２所示，１９４６年世界上第一臺計算機誕生，??它包含１８０００個電子管，占地１５０平方米，重達３０噸，１９４７年第一臺點接??

不難發(fā)現(xiàn)，集成電路技術(shù)相繼經(jīng)歷了小規(guī)模（ＳＳＩ）、中規(guī)模（ＭＳＩ）、大規(guī)模??（ＬＳＩ）、超大規(guī)模（ＶＬＳＩ）、特大規(guī)模（ＵＬＳＩ）的發(fā)展歷程［１６＿１８］。未來，集成??電路依然向著小型化、低功耗、智能化和高可靠性方向不斷發(fā)展。??關(guān)，■??１９４６年，第?＾９５２年’進中僮?１９５９年，Ｎｏｙｃｅ??ｑ算機單晶制ｆ?Ｉ術(shù)ｉｆｆ??１?曰接觸?１９５８年，第一塊１９６０年，?８０年代起，ＣＭＯＳ??日日體《誕生?丨Ｃ板誕生?Ｋａｎｇ＇?Ａｔａｌｌａ技術(shù)成為主流??Ｉｅ；??圖２－２集成電路發(fā)展歷史??集成電路集成度的提高基本遵循了英特爾公司創(chuàng)始人之一的Ｇｏｒｄｏｎ??Ｍｏｏｒｅ在１９６５年預(yù)言的摩爾定律，即單塊芯片上所集成的晶體管的數(shù)目大約??每兩年增加一倍，即不斷減小器件的尺寸，進而能夠在相同的面積上集成更??多的器件數(shù)量，從而實現(xiàn)芯片功能的提升和成本的降低從圖２＿３?（ａ）中可??以看出雖然近年來邏輯電路中的最小特征尺寸的縮放變緩，約為０．７倍，但??是整體還是呈現(xiàn)下降趨勢，從圖２－３?（ｂ）中也可以看出，Ｉｎｔｅｌ公司在過去五代??中擴展邏輯電路面積也呈現(xiàn)不斷下降的趨勢［２（）１。??（ａ）?ＷＲ￣?ｒ＊０?（ｂ＞??，．？＞．？？?＊＾＼卜??ｓ?Ｘ?Ｉ??Ｉ??〇．〇，?■?＞ｉ＞?？?ｗ??＇、?》〇ｎｍ＊＊＊、??〇？Ｍ??１???＇?＇?＇?〇．〇，?Ｉ——，■，十．，，?，????，???ｉｇ７〇?＊９？〇?？９９〇?３０００?３〇ｉ〇?２０２０?Ｊ〇３〇?３００７?２００６?３００＠?２０１０?３０？?３０１２?Ｘ＞ｉ３?９０１４?

ｎｍ工藝，集成了?８５億個晶體管，速度提升２０％，１萬億次??操作／秒，功耗降低３０％，續(xù)航比上一代增加５小時［氣目前實驗室著力開發(fā)??５－３?ｎｍ工藝［２３＿２５］。所以目前集成電路的發(fā)展趨勢依然是特征尺寸越來越小，??集成度越來越高。??Ｓｈａｎｋｉｎｇ?＾．Ｌｔ??Ｎｕｍ＾ｒ?ｍ４?ｌ？ｎ§ｌｈ?ｏｈａｍｓｔｍ?ｂｏｕｇｈｔ?ｐｅｒ?￥?類??ｌｔｅ？??６ｆ?＾ＨＰ?２０１２?３０１４＊?２０ｔＳ＊??Ｚｒ??－??ｍｕ??腦??ｓａｗｓｎｅｆｌＢ｛？ｉ＾??Ｍ２??圖２－４芯片尺寸縮小示意圖??針對我國集成電路發(fā)展現(xiàn)狀而言，由于起步較晚，我國的微電子產(chǎn)業(yè)的??發(fā)展相對滯后于國外的一些發(fā)達國家，芯片的自給率嚴(yán)重不足，目前主要依??靠進口，據(jù)統(tǒng)計［３］，２０１８年我國集成電路出口金額為８６０．１５億美元，進口金??額為３１６６．８１億美元，貿(mào)易逆差同比增長１１．２１％。２０１５年起集成電路的進口??金額連續(xù)４年超過原油，成為我國第一大進口商品。我國集成電路制造水平??落后國際先進水平兩代以上，先進制程的缺失限制新應(yīng)用領(lǐng)域集成電路發(fā)展。??目前臺積電等企業(yè)７?ｎｍ工藝己經(jīng)量產(chǎn)，中芯國際公司在２８?ｎｍ節(jié)點就開始??落后，目前實現(xiàn)１４?ｎｍ量產(chǎn)，華虹在實現(xiàn)２８?ｎｍ量產(chǎn)以后，在積極布局１４?ｎｍ??研發(fā)，大陸地區(qū)明顯落后于臺灣［２６〗，所以，推動集成電路發(fā)展己經(jīng)上升至國??家工業(yè)發(fā)展的重中之重，芯片國產(chǎn)化率亟待提高。但令人高興地是，我國集??成電路的發(fā)展正處于快速追趕階段，且增速明顯，２０１６－２０１９年間，設(shè)計領(lǐng)域??保持著２０％以上的增速，制造領(lǐng)域保持著２５％以上，增長勢頭強勁［２７］。??２．１．２場效

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本文編號：3306334