文献类型：科技成果

中文题名：稀土氧化物高k栅介质薄膜的制备及物理特性研究

登记号：14006309

完成人：方泽波[1];朱燕艳[1];陈圣[1];谭永胜[1];姚博[1];刘士彦[1];

完成机构：[1]绍兴文理学院 上海电力学院;

年份：2014

语种：中文

中文关键词：介质薄膜;稀土氧化物;生产工艺

中文摘要：该项目属于微电子科学与技术领域。随着微电子技术的迅速发展，传统的SiO<,2>栅介质已无法满足MOS器件的要求，引入高性能的高k栅介质材料已成为国际前沿性的研究热点之一。稀土氧化物作为很有吸引力的第二代高k栅介质候选材料，其可控生长及物理特性的研究是其应用的关键基础。该项目在国家自然科学基金等项目的支持下，在国际上率先制备出了非晶、单晶Er<,2>O<,3>和Tm<,2>O<,3>稀土氧化物高k栅介质薄膜，并系统地研究了他们的生长及各种物理特性。主要原创性成果如下：1．首次制备了超薄非晶Er<,2>O<,3>高k栅介质薄膜，解决了非晶稀土氧化物高k栅介质薄膜界面控制的难题，开辟了稀土氧化物高k栅介质研究的新领域。其中主要研究成果发表后，先后获得了Nature子杂志Nature Nanotechnology和Nature China上“Research Highlights”的专题报道。2．首次揭示了超薄高k栅介质电学测试时的频率色散现象，解决了国际上对于超薄高k栅介质存在频率色散时无法获得实际栅介质材料相对介电常数及界面陷阱密度的难题，并指出在微电子生产工艺中减少或避免界面SiOx层的生成是消除频散效应的主要办法。3．首次成功实现了单晶Er<,2>O<,3>薄膜的外延生长，首次揭示了Si基单晶Er<,2>O<,3>的生长机制和漏电流输运机制，给出了Er<,2>O<,3>的电学、光学、能带结构等物理参数，解决了单晶Er<,2>O<,3>的可控生长和有效降低漏电流密度的难题，为其大规模应用提供了基础。4．首次在Si和Ge衬底上成功制备了单晶、非晶Tm<,2>O<,3>薄膜，解决了稀土氧化物在高迁移率Ge衬底上生长的许多基本问题，给出了Tm<,2>O<,3>的电学、能带结构等物理参数。已在Nanotechnology、Appl.Phys.Lett.等杂志上发表SCI收录的论文36篇，EI收录的论文11篇，获授权发明专利1项。所发表的论文被Chem. Mater.、Adv. Mater.、Appl.Phys.Lett.等国内外SCI刊物上发表的论文引用495次，有2篇论文单篇SCI他引分别为132次和106次。其中非晶Er<,2>O<,3>高k栅介质薄膜的制备及物理特性研究的主要成果在Nanotechnology上发表后，先后获得了Nature子杂志Nature Nanotechnology (IF：31.2)和Nature China上“Research Highlights”的专题报道，报道认为“In addition to its thermal stability, the erbium oxide film has a relatively flat surface, a sharp interface with the silicon substrate, low current leakage, and a k value about three times higher than silicon dioxide. These characteristics are among the best ever reported in high-k materials.”。关于单晶Er<,2>O<,3>高k栅介质薄膜的生长及物理特性的系列研究成果被Crit. Rev. Solid State Mater. Sci.等综述性学术期刊及德国WILEY-VCH出版社出版的英文书籍《High-k Gate Dielectrics for CMOS Technology》中在介绍高k栅介质时作为代表性工作大幅引用。该成果中原创性的非晶、单晶稀土氧化物的生长及物理特性研究处于国际领先水平，不但为高k栅介质提供了优异的候选材料，推动了其在微电子技术及其它领域的应用，也为课题组了解稀土氧化物的各种物理特性提供了重要的实验结果和理论指导。