金属栅极及金属/高K栅功函数的磁
发布时间：2023-01-08 12:47
在半导体集成电路的飞速发展中,金属-氧化物-半导体晶体管（MOSFET）的尺寸缩小遵循着摩尔定律（Moore’s Law）。当到达45nm和32nm技术节点时,新一代金属/高K介质结构替代传统的多晶硅/Si02结构已成为事实。对金属栅材料的主要要求之一是具有合适的功函数。金属栅极功函数是金属/高K介质栅结构中最重要的参数之一,它影响器件的平带电压,决定MOSFET器件的阈值电压,从而决定器件的驱动性能。金属栅极功函数与诸多因素相关,不仅和栅极材料有关,而且与金属和高K介质之间的界面特性密切相关。界面化学成分、界面原子成键结构、界面缺陷、金属多晶纳米颗粒的晶向等都可能对金属栅极功函数产生大的影响。目前,对各个影响因素对功函数的影响机理还未作出全面深入的解释。在MOSFET器件当前和未来的发展中,如何有效地调控金属/高K介质栅结构的功函数仍然是一项挑战,也是一个重要课题。本论文基于第一性原理计算方法,研究了表面磁性组态、外加电场、应变、界面本征原子替位式掺杂和界面原子空位对金属栅极功函数的影响。主要研究结果如下：（1）对磁性金属栅极Cr/Fe（001）和C吸附Cr/Fe（001）体系的研究...
【文章页数】：106 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 高K栅介质的引入及常见的一些高K栅介质
1.3 金属栅极材料及其功函数的研究概况
1.3.1 金属栅极材料简介
1.3.2 金属栅表面功函数调节的研究
1.3.3 金属/高K栅极有效功函数调节的研究
1.4 金属栅极功函数调节面临的困难和挑战
1.5 本文的研究背景和研究内容
第2章 密度泛函理论基础和计算软件简介
2.1 密度泛函理论基础
2.1.1 多体系统的薛定谔方程
2.1.2 Hohenberg-Kohn定理
2.1.3 Kohn-Sham方程及自洽求解流程
2.1.4 交换关联泛函
2.2 计算软件VASP程序包简介
第3章 磁性组态、合金化和表面吸附对金属栅功函数的影响
3.1 研究背景
3.2 C吸附与磁性组态对Cr/Fe(001)表面功函数的调制
3.2.1 模型与计算方法
3.2.2 功函数随磁性和C吸附的变化
3.2.3 关于功函数随磁性和C吸附变化的分析和理解
3.2.4 本节小结
3.3 Cr/Ni金属栅电极功函数的磁性组态及表面取向效应
3.3.1 研究背景
3.3.2 模型与计算方法
3.3.3 清洁Ni(111),Ni(100)和Ni(110)表面功函数及表面原子磁矩
3.3.4 表面磁性组态命名及磁性计算细节
3.3.5 Cr/Ni(111),Cr/Ni(100)和Cr/Ni(110)各磁性组态下的功函数
3.3.6 关于磁性组态影响功函数的理解与分析
3.3.7 本节小结
第4章 Ni,HfO_2薄层及Ni/HfO_2栅功函数随外加电场的变化
4.1 研究背景
4.2 理论模型与计算细节
4.3 界面结合能与功函数
4.4 无外加电场的界面结合
4.5 两界面有效功函数及纯Ni、HfO_2薄层的功函数对外加电场的响应
4.6 外加电场对界面电荷分布的影响
4.7 功函数变化与偶极矩变化
4.8 本章小结
第5章 界面本征缺陷对Ni/HfO_2栅极功函数的影响
5.1 研究背景和意义
5.2 模型和计算细节
5.3 缺陷界面的形成能
5.4 界面有效功函数的计算方法
5.5 各缺陷界面有效功函数随缺陷浓度变化的研究
5.6 界面偶极子变化的研究
5.7 有效功函数,离子价态和局域态
5.8 本章小结
第6章 应变对Ni/HfO_2栅极功函数的影响
6.1 研究背景
6.2 理论模型与计算细节
6.3 有效功函数的计算及对应变的响应
6.4 关于应变影响有效功函数的讨论
6.5 界面有效功函数与表面功函数对应变的响应的不同
6.6 本章小结
第7章 总结与展望
参考文献
攻读学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]第一性原理研究氧在Ni（111）表面上的吸附能及功函数[J]. 许桂贵,吴青云,张健敏,陈志高,黄志高. 物理学报. 2009(03)
[2]Ag,Au,K吸附在W（001）表面上的功函数随外加电场的变化[J]. 侯柱锋,朱梓忠,黄美纯,黄荣彬,郑兰荪. 物理学报. 2002(07)
本文编号：3728505
【文章页数】：106 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 高K栅介质的引入及常见的一些高K栅介质
1.3 金属栅极材料及其功函数的研究概况
1.3.1 金属栅极材料简介
1.3.2 金属栅表面功函数调节的研究
1.3.3 金属/高K栅极有效功函数调节的研究
1.4 金属栅极功函数调节面临的困难和挑战
1.5 本文的研究背景和研究内容
第2章 密度泛函理论基础和计算软件简介
2.1 密度泛函理论基础
2.1.1 多体系统的薛定谔方程
2.1.2 Hohenberg-Kohn定理
2.1.3 Kohn-Sham方程及自洽求解流程
2.1.4 交换关联泛函
2.2 计算软件VASP程序包简介
第3章 磁性组态、合金化和表面吸附对金属栅功函数的影响
3.1 研究背景
3.2 C吸附与磁性组态对Cr/Fe(001)表面功函数的调制
3.2.1 模型与计算方法
3.2.2 功函数随磁性和C吸附的变化
3.2.3 关于功函数随磁性和C吸附变化的分析和理解
3.2.4 本节小结
3.3 Cr/Ni金属栅电极功函数的磁性组态及表面取向效应
3.3.1 研究背景
3.3.2 模型与计算方法
3.3.3 清洁Ni(111),Ni(100)和Ni(110)表面功函数及表面原子磁矩
3.3.4 表面磁性组态命名及磁性计算细节
3.3.5 Cr/Ni(111),Cr/Ni(100)和Cr/Ni(110)各磁性组态下的功函数
3.3.6 关于磁性组态影响功函数的理解与分析
3.3.7 本节小结
第4章 Ni,HfO_2薄层及Ni/HfO_2栅功函数随外加电场的变化
4.1 研究背景
4.2 理论模型与计算细节
4.3 界面结合能与功函数
4.4 无外加电场的界面结合
4.5 两界面有效功函数及纯Ni、HfO_2薄层的功函数对外加电场的响应
4.6 外加电场对界面电荷分布的影响
4.7 功函数变化与偶极矩变化
4.8 本章小结
第5章 界面本征缺陷对Ni/HfO_2栅极功函数的影响
5.1 研究背景和意义
5.2 模型和计算细节
5.3 缺陷界面的形成能
5.4 界面有效功函数的计算方法
5.5 各缺陷界面有效功函数随缺陷浓度变化的研究
5.6 界面偶极子变化的研究
5.7 有效功函数,离子价态和局域态
5.8 本章小结
第6章 应变对Ni/HfO_2栅极功函数的影响
6.1 研究背景
6.2 理论模型与计算细节
6.3 有效功函数的计算及对应变的响应
6.4 关于应变影响有效功函数的讨论
6.5 界面有效功函数与表面功函数对应变的响应的不同
6.6 本章小结
第7章 总结与展望
参考文献
攻读学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]第一性原理研究氧在Ni（111）表面上的吸附能及功函数[J]. 许桂贵,吴青云,张健敏,陈志高,黄志高. 物理学报. 2009(03)
[2]Ag,Au,K吸附在W（001）表面上的功函数随外加电场的变化[J]. 侯柱锋,朱梓忠,黄美纯,黄荣彬,郑兰荪. 物理学报. 2002(07)
本文编号：3728505
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3728505.html
