《HfMxOy/金屬柵界面控制及有效功函式調製機理》是依託北京航空航天大學，由黃安平擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：HfMxOy/金屬柵界面控制及有效功函式調製機理
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：黃安平
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本課題擬研究套用於32nm以下pMOS場效應管的核心器件- - Hf基介質/金屬柵界面控制及有效功函式調製機理。在探明Hf基介質與金屬柵界面作用基礎上，採用電漿增強原子層沉積與離子注入技術，製備金屬/Hf基介質/SiO2/Si柵堆疊結構，開展HfMxOy/金屬柵界面控制及有效功函式調製機理研究（M指摻雜元素）。通過金屬/金屬氮化物雙金屬柵極，利用遠程氧吸除技術控制Hf基介質/SiO2氧空位，抑制界面產物縮小等氧化層厚度(EOT)，改善費米能級釘扎效應；利用Al離子注入技術結合後退火工藝，探討在Hf基介質/SiO2界面直接誘導偶極子提升有效功函式的作用機理，以及通過反向偶極子抑制超薄EOT條件下平帶電壓顯著回落效應，控制界面產物提升有效功函式。該研究對於拓展Hf基介質/金屬柵結構在32nm以下場效應管器件中的套用，推動我國微電子材料與器件套用基礎研究達到國際先進水平具有重要意義。
結題摘要
HfMxOy/金屬柵界面控制是金屬-氧化物-半導體場效應管等比縮小面臨的關鍵問題之一，已受到普遍關注。其中隨著等氧化層厚度（EOT）減薄，Hf基柵介質與金屬柵極之間的界面效應、界面產物抑制、有效功函式等電學特性調控，已引起國內外廣泛關注。本課題針對上述核心科學問題進行了深入研究，獲得了一系列研究成果包括13篇SCI論文，其中Advanced Functional Materials 1篇，授權國家發明專利2項。首先，系統綜述了Hf基高k介質/金屬柵界面偶極子對新型MOS結構電學特性的研究進展，分析了Hf基柵介質相匹配的金屬柵極材料需滿足的條件，深入探討了界面偶極子對HfMxOy/金屬柵結構有效功函式的調製機理。在此基礎上，利用Al、Si等在不同界面誘導偶極子，分別調製HfMxOy/金屬柵結構的有效功函式及其電學特性。通過在下界面處引入單層石墨烯有效調控了HfMxOy/金屬柵結構的電學特性，抑制了金屬柵/Hf基高k柵介質/Si結構的平帶電壓回落現象，重點研究了全柵型MOS結構的費米能級釘扎效應，並建立了相應的物理新模型。該模型可適用於新材料和新結構的MOS器件費米能級釘扎效應研究，有效解決了困擾高k基器件的界面穩定性難題，拓展了HfMxOy/金屬柵結構的套用範圍等，相關研究成果引起國內外同行的關注。
