关于纳米器件中介质膜界面粗糙度对电特性及其均匀性的影响
发布时间：2021-03-31 16:10
随着CMOS集成电路的高速发展,传统的SiO2绝缘介质层已面临严峻的挑战,高介电常数（高k）材料被引入以替代SiO2来得到较大的物理层厚度,减小泄漏电流。薄膜厚度、器件尺寸的不断缩小导致表面粗糙度对包括电容大小、势垒高低、漏电机制及击穿分布等的薄膜特性的影响越来越重要。Al2O3薄膜在模拟和射频电路中有重要的应用,本论文以原子层沉积（ALD）技术制备的氧化铝薄膜为例,研究底电极表面粗糙度对器件均匀性的影响,为高k材料的非理想表面的影响及纳米电子器件的不一致性提供理论基础与技术支持。本文的研究重点是高k介质薄膜和金属电极表面形貌对金属-绝缘体-金属（MIM）电容的电特性的影响。采用直流磁控溅射技术在真空室中沉积TiN底电极,并通过XRD及AFM方法研究其结构。然后通过ALD生长Al2O3薄膜,利用STEM和AFM进一步表征薄膜的表面特性,发现Al2O3非晶薄膜具有良好的覆盖度,并对粗糙的TiN底电极具有“表面光滑作用”。顶部TiN电极同样采用直流磁控溅射技术沉积,电极图案通过lift-off制备。测量不同温度条件下的电流-电压特性曲线,详细研究了泄露电流的传导机制以及由于表面粗糙度导致的...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
缩略词表
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 高k介电薄膜的应用背景
1.2.1 高k介质材料概述
1.2.2 高k介质材料的特点
1.2.3 高k介质材料的制备方法
1.3 氧化铝薄膜的概述
1.3.1 氧化铝薄膜的特点
1.3.2 氧化铝薄膜的应用
1.4 表面形貌对超薄介质膜的影响
1.5 本论文的主要研究内容
第2章 实验方法与理论分析
2O3/TiN薄膜的制备"> 2.1 Al2O3/TiN薄膜的制备
2.1.1 直流磁控溅射法制备TiN薄膜电极
2O3薄膜介质层"> 2.1.2 原子层沉积法制备Al2O3薄膜介质层
2.2 薄膜测试与表征方法
2.2.1 X射线衍射分析分析薄膜物相
2.2.2 扫描投射电子显微镜分析内层薄膜特性
2.2.3 原子力显微镜分析薄膜表面形貌
2.3 高k介质薄膜漏电机制理论分析
2.4 本章小结
2O3与TiN薄膜特性研究">第3章 Al2O3与TiN薄膜特性研究
3.1 TiN薄膜特性研究
3.1.1 直流磁控溅射制备TiN薄膜电极
3.1.2 TiN薄膜的XRD分析
3.1.3 TiN薄膜形貌分析
3.1.4 金属淀积后退火对TiN薄膜的影响
3.2 A1203薄膜特性研究
2O3薄膜"> 3.2.1 ALD制备Al2O3薄膜
2O3薄膜形貌分析"> 3.2.2 Al2O3薄膜形貌分析
2O3薄膜的表面光滑作用"> 3.2.3 Al2O3薄膜的表面光滑作用
2O3/TiN器件电学特性分析"> 3.3 TiN/Al2O3/TiN器件电学特性分析
3.3.1 样品制备
3.3.2 MIM电容I-V特性分析
3.4 本章小结
2O3薄膜特性的影响">第4章 不同条件对Al2O3薄膜特性的影响
2O3薄膜的影响"> 4.1 沉积温度对Al2O3薄膜的影响
4.1.1 样品的制备
2O3薄膜的表面形貌分析"> 4.1.2 Al2O3薄膜的表面形貌分析
4.1.3 漏电特性与击穿电压测试与分析
2O3薄膜的影响"> 4.2 底电极粗糙度对Al2O3薄膜的影响
4.2.1 样品制作
4.2.2 薄膜表面形貌分析
4.2.3 漏电特性与击穿电压
4.2.4 底电极均匀性对漏电流波动的影响
2O3/TiN结构的MIM电容的影响"> 4.3 退火对TiN/Al2O3/TiN结构的MIM电容的影响
4.3.1 器件制备
4.3.2 退火工艺对器件泄露电流的影响
4.3.3 不同退火温度对器件泄露电流的影响
4.4 本章小结
第5章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
作者简历及在学校期间所取得的科研成果
作者简历
发表和录用文章
申请的专利
本文编号：3111715
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
缩略词表
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 高k介电薄膜的应用背景
1.2.1 高k介质材料概述
1.2.2 高k介质材料的特点
1.2.3 高k介质材料的制备方法
1.3 氧化铝薄膜的概述
1.3.1 氧化铝薄膜的特点
1.3.2 氧化铝薄膜的应用
1.4 表面形貌对超薄介质膜的影响
1.5 本论文的主要研究内容
第2章 实验方法与理论分析
2O3/TiN薄膜的制备"> 2.1 Al2O3/TiN薄膜的制备
2.1.1 直流磁控溅射法制备TiN薄膜电极
2O3薄膜介质层"> 2.1.2 原子层沉积法制备Al2O3薄膜介质层
2.2 薄膜测试与表征方法
2.2.1 X射线衍射分析分析薄膜物相
2.2.2 扫描投射电子显微镜分析内层薄膜特性
2.2.3 原子力显微镜分析薄膜表面形貌
2.3 高k介质薄膜漏电机制理论分析
2.4 本章小结
2O3与TiN薄膜特性研究">第3章 Al2O3与TiN薄膜特性研究
3.1 TiN薄膜特性研究
3.1.1 直流磁控溅射制备TiN薄膜电极
3.1.2 TiN薄膜的XRD分析
3.1.3 TiN薄膜形貌分析
3.1.4 金属淀积后退火对TiN薄膜的影响
3.2 A1203薄膜特性研究
2O3薄膜"> 3.2.1 ALD制备Al2O3薄膜
2O3薄膜形貌分析"> 3.2.2 Al2O3薄膜形貌分析
2O3薄膜的表面光滑作用"> 3.2.3 Al2O3薄膜的表面光滑作用
2O3/TiN器件电学特性分析"> 3.3 TiN/Al2O3/TiN器件电学特性分析
3.3.1 样品制备
3.3.2 MIM电容I-V特性分析
3.4 本章小结
2O3薄膜特性的影响">第4章 不同条件对Al2O3薄膜特性的影响
2O3薄膜的影响"> 4.1 沉积温度对Al2O3薄膜的影响
4.1.1 样品的制备
2O3薄膜的表面形貌分析"> 4.1.2 Al2O3薄膜的表面形貌分析
4.1.3 漏电特性与击穿电压测试与分析
2O3薄膜的影响"> 4.2 底电极粗糙度对Al2O3薄膜的影响
4.2.1 样品制作
4.2.2 薄膜表面形貌分析
4.2.3 漏电特性与击穿电压
4.2.4 底电极均匀性对漏电流波动的影响
2O3/TiN结构的MIM电容的影响"> 4.3 退火对TiN/Al2O3/TiN结构的MIM电容的影响
4.3.1 器件制备
4.3.2 退火工艺对器件泄露电流的影响
4.3.3 不同退火温度对器件泄露电流的影响
4.4 本章小结
第5章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
作者简历及在学校期间所取得的科研成果
作者简历
发表和录用文章
申请的专利
本文编号：3111715
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