【摘要】：近年來,伴隨著互聯(lián)網(wǎng)時代的深入發(fā)展以及物聯(lián)網(wǎng)時代的來臨,集成電路已經(jīng)翻天覆地般的改變了人類的生活,其作為互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)兩者的最佳載體,正在生活中發(fā)揮著越來越大的作用。隨著社會的發(fā)展在通訊、醫(yī)療、國防等領(lǐng)域出現(xiàn)越來越多的曲面的工作環(huán)境,面對這種需求傳統(tǒng)的硬質(zhì)集成電路已經(jīng)很難滿足,因此許多研究機構(gòu)都將目光轉(zhuǎn)向彎曲度更好的柔性器件。但是與常見的硬質(zhì)電路電學(xué)特性相比有機材料相差甚遠,因此很多研究者都致力于把硬質(zhì)電路和柔性材料相結(jié)合發(fā)揮出二者各自的優(yōu)勢。MOS結(jié)構(gòu)是微電子器件中最重要的結(jié)構(gòu),對于平面結(jié)構(gòu)電容的研究,也可以為后續(xù)MOSFET器件制作工藝研究提供指導(dǎo),甚至未來MOS器件組成電路的研究。本文重點研究了基于柔性襯底平面結(jié)構(gòu)硅基MOS電容器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、關(guān)鍵工藝、電容特性以及抗離子穿透設(shè)計仿真等方面的工作,主要從以下三個方面開展研究工作:通過研究傳統(tǒng)MOS器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計了柔性平面結(jié)構(gòu)硅基MOS電容器件的結(jié)構(gòu)。本文提出翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)印和粘性涂層結(jié)合的轉(zhuǎn)印方法將硅功能層納米膜轉(zhuǎn)印至PET柔性襯底上來制作柔性平面結(jié)構(gòu)硅基MOS電容,此方法的優(yōu)勢是版圖的設(shè)計簡單并且可以在表面平整的納米膜上進行后續(xù)工藝,根據(jù)該方法設(shè)計了硅基功能層納米膜的刻蝕孔和適用于轉(zhuǎn)印工藝的版圖。在器件制作中針對柔性襯底的不耐高溫的特性制定了包括硅基功能層納米膜的反應(yīng)離子刻蝕;犧牲層的選擇性濕法刻蝕溶劑和時間;High-K介質(zhì)的等離子體增強原子層淀積;以及對High-K柵介質(zhì)(陰極金屬區(qū)域)的選擇性感應(yīng)耦合等離子體刻蝕等關(guān)鍵工藝參數(shù)。對SOI外延片進行霍爾測試,確定硅功能層的摻雜濃度;對High-K介質(zhì)進行橢偏測試,確定High-K介質(zhì)生長的實際厚度,以便后續(xù)對電容性能進行分析。在完成柔性平面結(jié)構(gòu)硅基MOS電容的制作后,對其在平整狀態(tài)下進行了C-V和I-V測試,測試結(jié)果不理想,為了驗證平面結(jié)構(gòu)MOS電容結(jié)構(gòu)的正確性,隨后在SOI外延片上按照同樣的工藝步驟制作硬質(zhì)襯底上平面結(jié)構(gòu)的硅基MOS電容,并測量了其C-V特性,再對其分析計算,計算出如積累區(qū)電容、平帶電壓、回滯電壓等重要參數(shù),分析導(dǎo)致轉(zhuǎn)印后MOS電容特性失效的原因,并優(yōu)化了柔性平面硅基MOS電容的結(jié)構(gòu),重新繪制版圖。針對柔性MOS器件使用的環(huán)境,本文最后建立了抗離子穿透封裝設(shè)計仿真模型,主要論述了多種材料和不同材料組合對器件閾值電壓的影響。通過仿真設(shè)計證實硅、硅氧化物和氮化物這三種具有優(yōu)異性能的材料不僅是高性能電子產(chǎn)品中電介質(zhì)和半導(dǎo)體材料,同時也是超薄抗離子穿透結(jié)構(gòu)封裝層的關(guān)鍵材料。隨后通過仿真設(shè)計出抗離子穿透性更優(yōu)異的多層封裝結(jié)構(gòu)。
【圖文】：

圖 1.1 柔性器件的應(yīng)用這種有機柔性襯底和無機半導(dǎo)體材料結(jié)合的柔性無機器件使器件的可靠性大大提高，而且成本低廉，大大減少半導(dǎo)體材料不必要的的損耗。2016 年僅亞洲的電子垃圾產(chǎn)量已達到了 1820 萬公噸[23]，由于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的增長，半導(dǎo)體電路更新日新月異，更新?lián)Q代的電子產(chǎn)品中大量的無機半導(dǎo)體垃圾對人類的健康和環(huán)境都將造成不可逆的巨大破壞，使用環(huán)�？山到庑滦筒牧系娜嵝噪娐费芯烤陀葹橹匾�。隨著轉(zhuǎn)印技術(shù)的不斷進步，越來越多類型的柔性場效應(yīng)晶體管被研制出來，隨著技術(shù)的日趨成熟柔性分立器件性能變得更強同時可靠性變得更高，盡管出現(xiàn)更加復(fù)雜結(jié)構(gòu)和多種多樣材料的場效應(yīng)晶體管，但是金屬-氧化物-半導(dǎo)體（Metal-Oxide-Semiconductor, MOS）結(jié)構(gòu)還是這些復(fù)雜晶體管的基礎(chǔ)。硬質(zhì)襯底上垂直結(jié)構(gòu)的 MOS電容器件已經(jīng)被研究的很透徹了，但是平面結(jié)構(gòu)的 MOS 電容結(jié)構(gòu)相對較少，柔性平面結(jié)構(gòu) MOS 電容結(jié)構(gòu)的研究更少，可以通過平面結(jié)構(gòu) MOS 電容研究其柵結(jié)構(gòu)及其中電荷分布在彎曲條件下的變化情況，來分析彎曲應(yīng)力對 FET 器件遷移率、輸出電流等特性的影響，，同時平面 MOS 電容結(jié)構(gòu)工藝與 MOSFET 工藝兼容度高，研究柔性

西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文前業(yè)界首個基于柔性 PET 襯底的 In0.2Ga0.8As 功能層的 MOSFET 器件[45]。2018 年西安電子科技大學(xué)余維健成功制作了基于柔性襯底垂直結(jié)構(gòu)的 MOS 電容，并完成了其彎曲狀態(tài)的電學(xué)特性分析[12]。即便如此相關(guān)的柔性 MOS 結(jié)構(gòu)的研究還很有限。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN386

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本文編號：2706339