在半導(dǎo)體集成電路的飛速發(fā)展中,金屬-氧化物-半導(dǎo)體晶體管（MOSFET）的尺寸縮小遵循著摩爾定律（Moore’s Law）。當(dāng)?shù)竭_(dá)45nm和32nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)時(shí),新一代金屬/高K介質(zhì)結(jié)構(gòu)替代傳統(tǒng)的多晶硅/Si02結(jié)構(gòu)已成為事實(shí)。對(duì)金屬柵材料的主要要求之一是具有合適的功函數(shù)。金屬柵極功函數(shù)是金屬/高K介質(zhì)柵結(jié)構(gòu)中最重要的參數(shù)之一,它影響器件的平帶電壓,決定MOSFET器件的閾值電壓,從而決定器件的驅(qū)動(dòng)性能。金屬柵極功函數(shù)與諸多因素相關(guān),不僅和柵極材料有關(guān),而且與金屬和高K介質(zhì)之間的界面特性密切相關(guān)。界面化學(xué)成分、界面原子成鍵結(jié)構(gòu)、界面缺陷、金屬多晶納米顆粒的晶向等都可能對(duì)金屬柵極功函數(shù)產(chǎn)生大的影響。目前,對(duì)各個(gè)影響因素對(duì)功函數(shù)的影響機(jī)理還未作出全面深入的解釋。在MOSFET器件當(dāng)前和未來的發(fā)展中,如何有效地調(diào)控金屬/高K介質(zhì)柵結(jié)構(gòu)的功函數(shù)仍然是一項(xiàng)挑戰(zhàn),也是一個(gè)重要課題。本論文基于第一性原理計(jì)算方法,研究了表面磁性組態(tài)、外加電場(chǎng)、應(yīng)變、界面本征原子替位式摻雜和界面原子空位對(duì)金屬柵極功函數(shù)的影響。主要研究結(jié)果如下：（1）對(duì)磁性金屬柵極Cr/Fe（001）和C吸附Cr/Fe（001）體系的研究... 

【文章頁數(shù)】：106 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 高K柵介質(zhì)的引入及常見的一些高K柵介質(zhì)
    1.3 金屬柵極材料及其功函數(shù)的研究概況
        1.3.1 金屬柵極材料簡(jiǎn)介
        1.3.2 金屬柵表面功函數(shù)調(diào)節(jié)的研究
        1.3.3 金屬/高K柵極有效功函數(shù)調(diào)節(jié)的研究
    1.4 金屬柵極功函數(shù)調(diào)節(jié)面臨的困難和挑戰(zhàn)
    1.5 本文的研究背景和研究?jī)?nèi)容
第2章 密度泛函理論基礎(chǔ)和計(jì)算軟件簡(jiǎn)介
    2.1 密度泛函理論基礎(chǔ)
        2.1.1 多體系統(tǒng)的薛定諤方程
        2.1.2 Hohenberg-Kohn定理
        2.1.3 Kohn-Sham方程及自洽求解流程
        2.1.4 交換關(guān)聯(lián)泛函
    2.2 計(jì)算軟件VASP程序包簡(jiǎn)介
第3章 磁性組態(tài)、合金化和表面吸附對(duì)金屬柵功函數(shù)的影響
    3.1 研究背景
    3.2 C吸附與磁性組態(tài)對(duì)Cr/Fe(001)表面功函數(shù)的調(diào)制
        3.2.1 模型與計(jì)算方法
        3.2.2 功函數(shù)隨磁性和C吸附的變化
        3.2.3 關(guān)于功函數(shù)隨磁性和C吸附變化的分析和理解
        3.2.4 本節(jié)小結(jié)
    3.3 Cr/Ni金屬柵電極功函數(shù)的磁性組態(tài)及表面取向效應(yīng)
        3.3.1 研究背景
        3.3.2 模型與計(jì)算方法
        3.3.3 清潔Ni(111),Ni(100)和Ni(110)表面功函數(shù)及表面原子磁矩
        3.3.4 表面磁性組態(tài)命名及磁性計(jì)算細(xì)節(jié)
        3.3.5 Cr/Ni(111),Cr/Ni(100)和Cr/Ni(110)各磁性組態(tài)下的功函數(shù)
        3.3.6 關(guān)于磁性組態(tài)影響功函數(shù)的理解與分析
        3.3.7 本節(jié)小結(jié)
第4章 Ni,HfO_2薄層及Ni/HfO_2柵功函數(shù)隨外加電場(chǎng)的變化
    4.1 研究背景
    4.2 理論模型與計(jì)算細(xì)節(jié)
    4.3 界面結(jié)合能與功函數(shù)
    4.4 無外加電場(chǎng)的界面結(jié)合
    4.5 兩界面有效功函數(shù)及純Ni、HfO_2薄層的功函數(shù)對(duì)外加電場(chǎng)的響應(yīng)
    4.6 外加電場(chǎng)對(duì)界面電荷分布的影響
    4.7 功函數(shù)變化與偶極矩變化
    4.8 本章小結(jié)
第5章 界面本征缺陷對(duì)Ni/HfO_2柵極功函數(shù)的影響
    5.1 研究背景和意義
    5.2 模型和計(jì)算細(xì)節(jié)
    5.3 缺陷界面的形成能
    5.4 界面有效功函數(shù)的計(jì)算方法
    5.5 各缺陷界面有效功函數(shù)隨缺陷濃度變化的研究
    5.6 界面偶極子變化的研究
    5.7 有效功函數(shù),離子價(jià)態(tài)和局域態(tài)
    5.8 本章小結(jié)
第6章 應(yīng)變對(duì)Ni/HfO_2柵極功函數(shù)的影響
    6.1 研究背景
    6.2 理論模型與計(jì)算細(xì)節(jié)
    6.3 有效功函數(shù)的計(jì)算及對(duì)應(yīng)變的響應(yīng)
    6.4 關(guān)于應(yīng)變影響有效功函數(shù)的討論
    6.5 界面有效功函數(shù)與表面功函數(shù)對(duì)應(yīng)變的響應(yīng)的不同
    6.6 本章小結(jié)
第7章 總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
攻讀學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]第一性原理研究氧在Ni（111）表面上的吸附能及功函數(shù)[J]. 許桂貴,吳青云,張健敏,陳志高,黃志高.  物理學(xué)報(bào). 2009(03)
[2]Ag,Au,K吸附在W（001）表面上的功函數(shù)隨外加電場(chǎng)的變化[J]. 侯柱鋒,朱梓忠,黃美純,黃榮彬,鄭蘭蓀.  物理學(xué)報(bào). 2002(07)



本文編號(hào)：3728505