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1、， 西安电子科技大学 学位论文独创性( 或创新性) 声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导 下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特另t J J j r l 以标注和致谢中所罗列的 内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果：1 乜不包含为获得西安电子科 技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同： 作的同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 本人签名：幺笙 日期型! ：箜：型 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完
2、全了解_ f I 安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻 读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印 件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允胡：采用影印、缩印 或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律 署名单位为西安电子科技大学。 ( 保密的论文7 E 解密后遵守此规定) 本人签名： 导师签名： 日甄6 1 乏 一求 殳严 矽一，每 一Y 19 心5 I眦 _ l - _ _ I _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
3、o _ _ _ - I _ _ _ _ _ _ _ - _ _ - _ _ _ _ _ - - l _ _ _ _ _ 一 l l 1 1 1 l | | l - I I l 1 I l I I _ 1 1 1 1 1 - 1 I I l - I I - I I l _ l I I _ - ! e一一一 于l 萄妥 在等比例缩小原则的约束下，为了保持优异的M O S 器件的性能，同时又要抑 制过大直接隧穿电流和保持栅氧化层的可靠性，这时就需要寻找一种新型的高l c 材料来代替传统的S i 0 2 栅介质。综合许多因素业界研究认为H f 基与L a 基的金属 氧化物是作为下一代栅介质的优秀选项。
4、本文主要研究了一种新型的高1 C 材料 L a 砧0 3 的电学特性，说明它是一种性能优良的高1 c 栅介质材料。 本文从理论和计算机辅助仿真两个方面对L a A l 0 3 薄膜进行了电特性研究。研 究了界面态对于薄膜电特性的影响，以及较高的退火温度下，栅氧化层的热稳定 性对于器件性能的影响。另外，结合直接隧穿，F - N 隧穿，热电子发射等载流子 隧穿机制，拟合出了实际存在于L a A l 0 3 薄膜中的隧穿电流机制。在I S E T C A D 平台上对于不同温度下L 圳0 3 薄膜的漏电流进行了仿真。 另外，对于运用高1 c 栅介质时普遍存在的阈值电压漂移问题，本文给予了详 细的论述
5、和计算。高1 C 栅介质的应用增加了氧化层的物理厚度，由此产生的边缘 电场效应随着 c 值的增大而变得显著。本文对于边缘寄生电容进行了建模和计算， 说明了它对于短沟道效应的增强作用，以及对于阈值电压的影响。另外，L a 和 灿元素在S i 衬底和高1 C 介质界面处会形成电偶极子层，利用这层有极性的电偶 极子来调节M O S 器件的平带电压的方法已经被业界广泛使用，而且加入灿和 L a 元素分别对于平带电压有正向和负向的调节作用。所以对于既含有L a 元素又 含有舢元素的L a A l 0 3 薄膜，本文详细研究了其中电偶极子的作用机理，计算出 了随L a ：A I 比例和退火温度不同，平带电
6、压漂移量的变化，总结出了工艺中最佳 的退火温度。 关键词；高1 c 材料隧穿电流热稳定性边缘寄生电容阈值电压漂移 高，C 栅介质L a A l 0 3 的电学特性研究 iJ-I A b s t r a c t A b s t r a c t I no r d e rt om a i n t a i nt h ee x c e l l e n tp e r f o r m a n c eo fM O S F E T s ，w h i l ea l s ot oi n h i b i t e x c e s s i v ed i r e c tt u n n e l i n gc u r r e
7、n ta n dm a i n t a i nt h er e l i a b i l i t yo fg a t eo x i d e ，w en e e dt o f i n dan e wt y p eo fh i g h - Km a t e r i a l st or e p l a c et h ec o n v e n t i o n a lS i 0 2g a t ed i e l e c t r i c T a k i n gm a n yf a c t o r si n t oc o n s i d e r a t i o n , t h eH f - b a s e dm
8、 e t a lo x i d e sa n dL a - b a s e dg a t e d i e l e c t r i c sa l ec o n s i d e r e da st h em o s ts u i t a b l ec a n d i d a t e sf o rt h en e x tg e n e r a t i o no ft h e g a t ed i e l e c t r i c T h eo u t s t a n d i n ge l e c t r i c a lp r o p e r t i e so fa n e wt y p eo fh i
9、 g h - l cm a t e r i a l s L a A l 0 3a r es t u d i e di nt h i st h e s i s I nt h i st h e s i s ，t h e o r ya n a l y s i sa n dc o m p u t e r - a i d e ds i m u l a t i o na r ed o n et od i s c u s s t h ee l e c t r i cp r o p e r t i e so fL 副U 0 3f i l m I n t e r f a c es t a t e so ft h
10、 eh i g h - 1 cf i l ma n dt h es u p e r t h e r m a ls t a b i l i t ya l ed i s c u s s e dt op r o v ei t sa d v a n t a g e sa sg a t ed i e l e c t r i c I na d d i t i o n , t h em e c h a n i s m so fd i r e c tt u n n e l i n g ，F - Nt u n n e l i n g , a n dt h e r m i o n i ce m i s s i o
11、 na r e d i s s e r t a t e di nt h i st h e s i s A n dac o n c l u s i o ni sm a d et h a tt h em e c h a n i s m so ft u n n e l i n g l e a k a g ec u r r e n ti nL a A l 0 3f i l ma l eF - Nt u n n e l i n ga n dt h e r m i o n i ce m i s s i o n T a k i n gt h e a c t u a lf a c t o r si n t o
12、c o n s i d e r a t i o n , t h et u n n e l i n gc u r r e n ta td i f f e r e n tt e m p e r a t u r e si s s i m u l a t e do nt h eI S E T C A Dp l a t f o r m T h i st h e s i sg i v e sad e t a i l e dd i s c u s s i o na n dc a l c u l a t i o no ft h et h r e s h o l dv o l t a g e s h i f t
13、p r o b l e m T h ea p p l i c a t i o no fh i g h - 1 Cg a t ed i e l e c t r i ci n c r e a s e st h ep h y s i c a lt h i c k n e s s o ft h eo x i d el a y e r , r e s u l t i n gi nt h ee d g ef i e l de f f e c tb e c o m e sm o r eo b v i o u s 、) l ，i t ht h el c v a l u eb e c o m i n gl a
14、r g e r I nt h i st h e s i sam o d e li sm a d et oe x p l a i nh o wt h ep a r a s i t i c f i i n g ec a p a c i t a n c ew o r k s ，a n dt h e nt h ea c t u a lv a l u eo ft h ep a r a s i t i cf r i n g ec a p a c i t a n c e u n d e r9 0 n mt e c h n o l o g yi sc a l c u l a t e dt oe x p r e
15、 s si t si n f l u e n c et ot h es h o r tc h a n n e la f f e c t I na d d i t i o n , a d d i n gL aa n dA 1e l e m e n t st oh i g h - t ：d i e l e c t r i cc o u l df o r me l e c t r i cd i p o l e l a y e ro nt h ei n t e r f a c eo fS is u b s t r a t ea n dh i g h - t ：m a t e r i a l B yu
16、s i n gt h i sd i p o l el a y e r , w h i c hi sp o l a r , t om o d i f yt h ef l a tb a n dv o l t a g eo fM O S F E Th a sa l r e a d yb e e nu s e df o r y e a r s S of o rb o t hL aa n dA 1e l e m e n t sa r ec o n t a i n e dw i t h i nt h ec o m p o u n dL a A l 0 3 ， d e t a i l e ds t u d yo ft h em e c h a n i s mo fe l e c t r i cd i p o l em o d i f y i n gt h ef l a tb a n dv o
