High-k薄膜与硅接触的电学特性研究

论文摘要

本文研究了Al/Al2O3/Si和Al/HfAlO/Si型的金属-氧化物-半导体（MOS）电容的电学特性。通过深能级瞬态谱（DLTS）和高频电容-电压（CV）测试,并配合理论模拟,对样品的界面特性和退火特性进行了系统的研究。其主要结果如下:1.通过对Al2O3样品和不同组分比的HfAlO样品进行CV测试,发现在N2和N2/H2混合气体中退火会给氧化层中引入一定量的正电荷,并且慢界面态的密度也会在退火后减少很多。2.提出对于MOS电容的界面缺陷,用DLTS测量的时候,测得的激活能不一定对应着能级位置,而可能对应着导带和费米面的距离。并且对样品表面势进行了模拟计算,得到了理论上导带和费米面的之间的距离。对于Al2O3样品,通过不饱和填充的DLTS测试,得到了缺陷俘获截面对应的激活能为0.25eV,从而对上述模型进行修正。同时,Al2O3样品激活能随静态偏压变化趋势也证明了其缺陷主要位于Al2O3和Si接触的界面上。3.通过DLTS测试发现,HfAlO样品的缺陷对应的激活能不随静态偏压的改变而改变。分析认为,HfAlO样品的缺陷主要是在界面附近的氧化层里面。通过不饱和填充的DLTS测试,得到缺陷俘获截面对应的激活能为0.08eV,从而得到HfAlO（1:1）样品缺陷能级的真正能级位置是在Si价带上方0.36eV的位置。并且通过对不同组分比的HfAlO样品在退火前后的DLTS测试,发现随着HfO2组分比的增加以及退火,缺陷的激活能逐渐减小。缺陷浓度的变化也通过DLTS峰高计算出来。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 第二章 样品生长及测试方法
• 2.1 样品的生长
• 2.2 用C-V方法测试MOS结构的原理
• 2.3 功函数,界面态,离子对CV曲线的影响
• 2.4 深能级瞬态谱（DLTS）
• 2.4.1 PN结中的深能级瞬态谱
• 2.4.2 MOS电容中深能级瞬态谱
• 2.5 实验测试装置图
• 第三章 用电容-电压（C-V）法研究样品特性
• 3.1 掺杂浓度、平带电压和慢界面态的计算
• 3.2 样品的CV测试结果及总结
• 第四章 用深能级瞬态谱（DLTS）研究样品特性
• 2O₃样品的DLTS测试'>4.1 Al₂O₃样品的DLTS测试
• 2O₃样品在不同偏压下的DLTS测试'>4.1.1 Al₂O₃样品在不同偏压下的DLTS测试
• 4.1.2 表面势的计算
• 4.1.3 用不饱和填充的DLTS进行模型的验证
• 4.2 HfAlO（1:1）样品的DLTS测试
• 4.2.1 HfAlO（1:1）样品改变偏压的DLTS测试
• 4.2.2 用不饱和填充DLTS求俘获截面的激活能
• 4.3 退火对HfAlO样品的影响
• 4.4 总结
• 参考文献
• 致谢