氧化铝基高k栅介质薄膜的制备和性能研究

摘要

本文选取具有介电常数较高、热稳定性优良、与SiO2具有相似能带结构等优异综合性质的Al2O3作为研究对象，利用射频反应溅射的方法，制备了非晶Al2O3薄膜及Y(钇)掺杂Al2O3薄膜，通过多种测试手段，测量了薄膜的结构、形貌等性质，并重点研究了其电学特性。实验发现，Al2O3薄膜对制备条件有较大的依赖性，适当温度的氮气退火能够改善薄膜的C-V、I-V等电学特性；对Al2O3进行Y掺杂表明，Y的掺入能够在不影响其它性质的前提下，有效地提高了其介电常数，并且Y掺杂Al2O3薄膜表现出优异的电学特性。 本文研究以Al2O3为基础的高k栅介质材料，而且笔者较早的利用射频溅射法对Al2O3进行Y元素掺杂尝试，得到了质量好、电学性质优异的Y掺杂Al2O3薄膜，并分析了其极化机理，这些方面具有创新性。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权的声明

第一章引言

第一节按比例缩小及其限制

第二节高k栅介质材料的特性需求

高介电常数

带隙和带边间的势垒高度

热稳定性

界面特性

薄膜形态

第三节研究现状

第四节本章小结

参考文献

第二章实验方法

第一节薄膜制备工艺

2.1.1常用的制膜方法

2.1.2溅射原理简介

2.1.3本研究实验仪器概况

2.1.4硅衬底表面的处理

第二节薄膜结构和形貌表征方法

2.2.1 X射线衍射谱分析(XRD)

2.2.2 AFM观察样品表面形貌

第三节薄膜的电学性能测试

2.3.1电极的制备

2.3.2电容-电压(C-V)特性

参考文献

第三章Al2O3高k栅介质薄膜的制备和性能研究

第一节实验

第二节数据与分析

3.2.1氧分压和溅射功率对薄膜沉积速率的影响

3.2.2制备参数对样品MOS结构C-V特性的影响

3.2.3样品MOS结构的C-f特性和损耗特性

3.2.4优化参数后得到薄膜的电学性质

3.2.5氮气退火对薄膜电学特性的影响

3.2.6薄膜非晶结构的XRD表征

3.2.7薄膜的AFM形貌

第三节本章小结

参考文献

第四章Y掺杂Al2O3高k栅介质薄膜的制备及性能研究

第一节实验

第二节数据与分析

4.2.1不同Y含量样品的高频C-V特性

4.2.2介电常数与Y含量的关系

4.2.3薄膜的电学性质

4.2.4薄膜的形貌特征

第三节本章小结

参考文献

第五章结论和展望

致谢

附录：在读期间发表文章