导电SrTiO3表面上的非晶HfO2栅极制备及其电性能研究

摘要

电子信息行业发展日新月异，对电子器件的要求也在不断提高，特别是器件小型化和高敏度。传统的栅氧化物在器件发展过程中，不断暴露出种种缺陷，这就使得人们对这一系列问题更加重视。HfO2是目前最有望成为下一代栅氧化物的材料之一，具有以下特点，如：介电常数高，相同条件下其漏电流相对较小；与衬底的匹配性好，保证器件的接触良好等。本文以 HfO2和 SrTiO3作为主要的研究对象，采用脉冲激光沉积技术制备薄膜，AFM和源表测试薄膜的表面结构和导电性能，同时采用经Ar+轰击的SrTiO3表面导电层作衬底材料，研究HfO2薄膜稳定 SrTiO3表面导电层的性能，探索 HfO2薄膜作为栅氧化物的顶栅场效应性能，并重点分析其漏电机制。主要内容如下： 1、采用Ar+轰击单晶SrTiO3制备表面导电层，表面导电层具有金属性质，随着温度的升高电阻增大，进一步分析SrTiO3表面导电层的导电性质，包括施主掺杂浓度Nd，ρ-T，μ-T和n-T。 2、研究SrTiO3表面导电层在空气中的稳定性，随着时间增加，表面导电层电阻呈线性增大，4天后的电阻值接近初始电阻的3倍，具有不稳定性。为了解决这一稳定性问题，本文通过传输长度方法（TLM）测试金属与表面导电层的接触电阻Rc和表面导电层本身的电阻Rs的变化情况，进一步分析SrTiO3表面导电层电阻的变化情况，结果表明，接触电阻Rc和表面导电层本身的电阻Rs均变化，其中表面导电层本身的电阻Rs的变化占主导作用。 3、脉冲激光沉积技术沉积一系列HfO2薄膜，AFM分析薄膜表面结构和厚度。研究HfO2薄膜稳定SrTiO3表面导电层的性能。实验结果表明，经HfO2薄膜稳定后，SrTiO3表面导电层稳定性提高，且不同的HfO2薄膜稳定效果不同。 4、研究了金属/HfO2/SrTiO3的场效应性能，并重点分析金属/HfO2/SrTiO3的变温条件I-V特性，并深入分析了非晶HfO2栅介质膜薄的漏电机制，结果表明，在低压段（<0.18 V）为欧姆导电；在高压段（>0.5 V）为P-F漏电机制，且HfO2栅介质势垒高度为Φ=0.48 eV。

目录

第一个书签之前