溶液法制备高k栅介质及其电学器件应用研究

发布时间：2020-12-16 19:52

　　随着大规模和超大规模集成电路的不断发展,场效应晶体管（FET）器件的特征尺寸不断缩小,传统栅介质SiO₂由于其较低的介电常数,已经达到了物理极限。因此,高介电常数（高k）材料已经越来越引起人们的注意。高k栅介质薄膜的制备方法有很多,如物理气相沉积（PVD）,化学气相沉积（CVD）,原子层沉积（ALD）等,都需要高成本,长时间和高真空条件。溶液法是另一种非真空制备方法,具有低成本,操作简单灵活,材料组分容易控制等优势,成为薄膜制备的重要技术工艺。本课题致力于研究溶液法制备高k栅介质及其在电学器件上的应用研究。由于Ge具有比Si更高的载流子迁移率,同时过渡金属硫族化合物（TMDs）2H相二碲化钼（2H-MoTe₂）作为一种类石墨烯二维材料,与石墨烯相比,具有优良电学、光学等性能的同时具有本征带隙特征,是集成电路中电学器件的理想非硅半导体沟道材料。本课题分别选择Ge（Ge衬底和Ge纳米线）以及二维材料2H-MoTe₂薄膜为研究对象,主要集中于以下三个方面:（1）通过溶液法制备不同的高k栅介质（ZrO_x,H... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

理想状态下栅介质氧化物的介电常数与带隙关系图

图 1.2 溶液法形成金属氧化物原理示意图[9]Fig.1.2 Schematic diagram of metal oxide formation by solution method[9]前驱体制备完成后，将其均匀涂覆在基底上形成薄膜，然后在较高温度下进行退火以去除化学溶剂、杂质以及副产物，最终得到致密、光滑的氧化物薄膜。溶液法制备栅介质薄膜具有多组分均匀混合、成分易控制、成膜均匀、成本低、周期短和易于工业化生产等优点，成为了一种方便灵活的薄膜生长方式[10, 11]。目前溶液法在无机栅介质（金属氧化物等）[12-14]，有机聚合物栅介质[15, 16]以及混合栅介质（金属氧化物+聚合物）[17, 18]均得到了有效应用。同时，由于溶液法易于控制前驱体的组分进而控制薄膜成分，为了探索性能更加优异的栅介质薄膜，人们对溶液法制备金属氧化物栅介质的研究从二元过渡到三元化合物[19, 20]。有研究表明，在高 k二元金属氧化物中掺入铝元素可以降低薄膜的栅漏电流[21]。此外，溶液法制备的金属氧化物薄膜大都具有良好的透明性。目前溶液法作为栅介质在进一步优化薄膜质量，

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文晶体管工作原理简介晶体管（FET）器件是半导体集成电路中最重要的单元之一，加栅极电压来调控载流子沟道的输运情况，是一种有源器件展成熟，FET 器件已被应用于很多领域。根据传输载流子的 和 p 型 FET；根据栅介质层的位置，可以分为底栅和顶珊结为平面型 FET 和垂直型 FET[22]。下面以 p 型底栅场效应晶，可以看到器件分为三个端口，分别为源极，漏极和栅极，介质层的上下两层分别感应出正电荷和负电荷，在半导体和载流子积累区作为传输沟道，由于源漏电极本身存在电压差强，起到栅压对半导体载流子输运的调控作用。


本文编号：2920688