退火处理对LaAlO3薄膜微结构及性能的影响

论文摘要

随着科学的进步和微电子技术的飞速发展,硅基集成电路的集成度越来越高。而集成度的提高是以其核心器件金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET）特征尺寸的逐渐减小为基础的。但是受量子隧穿效应的影响,MOSFET栅极SiO2电介质层的厚度不可能无限制地减小。因此,必须寻找一种新的具有高介电常数的栅极电介质材料来取代传统的SiO2。在已研究的新一代栅极电介质材料中,具有伪立方钙钛矿结构的LaAlO3薄膜倍受人们看好,很有希望成为新一代高集成度MOSFET的栅极电介质材料。本论文围绕LaAlO3薄膜的制备、后退火处理、微结构和电学性能的测量与表征,对薄膜进行了深入研究。首先,我们采用射频磁控溅射法在p型Si（100）衬底上制备了非晶态的LaAlO3薄膜,并利用双光束干涉显微镜测厚法测得薄膜厚度。然后,将LaAlO3薄膜在空气环境中进行了120分钟的高温后退火处理,再利用X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜及能量色散谱仪等表征手段对LaAlO3薄膜的微结构、表面形貌及结晶性能进行表征分析。最后,我们采用直流磁控溅射法在LaAlO3薄膜表面镀上铂（Pt）顶电极,再将形成的Pt/LaAlO3/Si结构在高纯氧气环境中进行30分钟的高温后退火处理,并测得薄膜样品的电容-电压和电流-电压特性曲线。非晶态LaAlO3薄膜表现出了良好的热稳定性和电学性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景及意义
• 1.3 国内外研究进展
• 1.3.1 氮化物研究
• 1.3.2 金属氧化物研究
• 1.3.3 二元合金体系研究
• 3 薄膜研究'>1.3.4 LaAlO₃薄膜研究
• 1.4 本文主要的研究内容
• 第二章 薄膜的制备与退火处理
• 2.1 引言
• 2.2 薄膜的生长
• 2.2.1 薄膜的生长过程与机理
• 2.2.2 影响薄膜生长的因素
• 2.3 薄膜的制备
• 2.3.1 常用的薄膜制备方法
• 2.3.2 制膜设备简介
• 2.3.3 衬底处理
• 2.3.4 制备步骤
• 2.3.5 薄膜厚度测量
• 2.3.6 电极制备
• 2.4 薄膜的后处理
• 2.4.1 退火处理技术
• 2.4.2 后退火处理系统简介
• 2.4.3 退火实验一
• 2.4.4 退火实验二
• 2.5 本章小结
• 3薄膜微结构及性能的研究'>第三章 LAALO₃薄膜微结构及性能的研究
• 3.1 引言
• 3.2 XRD 结果分析
• 3.2.1 X 射线衍射分析
• 3.2.2 分析与结论
• 3.3 XPS 结果分析
• 3.3.1 X 射线光电子能谱分析
• 3.3.2 分析与结论
• 3.4 SEM 与EDS 结果分析
• 3.4.1 扫描电子显微分析
• 3.4.2 能量色散谱仪
• 3.4.3 分析与结论
• 3.5 电学性能研究
• 3.6 本章小结
• 第四章 总结与展望
• 4.1 总结
• 4.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文