【正文】 k dielectrics film and its application on thin film transistors 學 生 姓 名 周廣杰 學 院 材料科學與工程 專 業(yè) 無機非金屬材料工程 年 級 20xx 級 指導教師姓名 王素梅 副教授 20xx 年 6 月 10 日 山東大學畢業(yè)論文 2 摘 要 柵介質材料是金屬 氧化層 半導體場效晶體管（ MOSFET）中的一個重要組成部分。 操作電壓可降低至 3 V，場遷移率可達 cm2V1s1，開關比達到 104。 光波處理的氧化鋁薄膜 ....................................................................... 23 光波處理的氧化鋁薄膜作為介電層的薄膜晶體管 ........................... 23 第四章結論 .......................................................................................................... 25 致謝 ...................................................................................................................... 28 參考文獻 .............................................................................................................. 29 山東大學畢業(yè)論文 5 第一章 緒論 研究背景 快速、高密度兩項要求一直是半導體技術發(fā)展 的驅動力，目的是除了可以降低成本外，最重要的還是滿足消費者的需求。因此，采用高介電常 數材料薄膜作為柵介質層材 料已經成為場效應晶體管研究中的一個重要方向 場效應 晶體管概述 場效應 晶體管 （圖 1）是利用控制輸入回路的電場效應來控制輸出回路電流的一種半導體器件。底柵頂接觸結構器件中，平坦的柵介質層表面有利于半導體晶粒的連續(xù)生長，而且位于半導體層中鄰近絕緣層界面的有源溝道能夠受到再生長的材料的保護，避免了雜質進入導電溝道，也不存在再生長的源漏電極對有源層薄膜形貌的影響等問題。 山東大學畢業(yè)論文 8 圖 12 場效應晶體管工作原理示意圖 薄膜晶體管基本參數 (1) 輸出與轉移特性曲線 制備好的晶體管器件能夠直接測試的是輸出特性曲線 (同一柵極偏壓下，源漏電流一源漏電壓曲線 )和轉移特性曲線 (同一源漏電壓下，源漏電流一柵極偏壓曲線 )，薄膜晶體管器件的性能參數都是由這兩條曲線計算得到。 在傳統(tǒng)晶體管器件中，二氧化硅（介電常數 ）以其在硅基上的優(yōu)越電學性能，一直以來都是柵介質材料的最佳選擇。金屬氧化物薄膜的制備多用射頻磁控濺射法、脈沖激光沉積 (Pulsed Laser Deposition， 簡稱 PLD)、化學氣相淀積 (Chemical Vapor Deposition，簡稱 CVD) 以及溶膠凝膠法等。用 Al2O3 作柵介質材料，獲得的漏電較小，通過控制反應條件能獲得良好的 Al2O3/Si界面?；?MOS 結構的電學測量發(fā)現，氧分壓為 1%時可以獲得最大的積累端電容和較低的漏電流密度，當氧分壓為 1%時， ErAlO 薄膜的有 效相對介電常數為 ，在 1 V 時 ， 漏電流密度為 10–5 A/cm2。對于 teq 為 nm 的柵介質，當 VG=VDS= V 時，漏電流為 mA，且 Ta2O5 的遷移特性和 SiO2 的相似。 山東大學畢業(yè)論文 13 第二章 實驗過程與方法 實驗原料 本實驗所使用主要原材料見表 21。以 1mol/L 的乙二醇甲醚為例，溶液配制過程為： 1mol無水氯化鋁粉末。 3．由于氯化鋁與冰醋酸溶解并反應，本身放熱，所以加熱攪拌時間及溫度 必須嚴格控制，攪拌過程中溶液不能達到沸騰。 180 ℃ 并保溫，直到有大量氣泡冒出，緩慢提出硅片，乙醇揮發(fā)完全后，放入樣品盒，目 的是干燥硅片。120℃， 2min。 ，以便溶劑能夠完全揮發(fā)出去。 鍍鋁電極的具體操作方法：將電阻絲換成鎢舟 ,并將生長速率控制在 了～ ?/s 的范圍內 ，氣壓為 104 Pa。 我們對不同涂膜處理工藝下的氧化鋁薄膜樣品進行了電容電學性能測試（ Cf 曲線）。紫外照射恒溫 3 層的氧化鋁薄膜在 3V 電壓下， 漏電流為 1105 A/cm2。同時，通過除去所測樣品的表面積 S，得到單位面積電容值。 晶體管 的輸入輸出曲線：固定柵電壓，測試源漏電流隨源漏電壓的變化關系 。通過 SEM 對薄膜的形貌、粗糙度等進行了檢測分析，對制備得到的低操作電壓場效應晶體管的測試分析，可以得出以下結論： (220 ℃ ) 制備了高 K 介電薄膜，通過旋涂后進行的紫外照射退火處理，可以更好的使 薄膜均勻平滑，無明顯缺陷，成膜質量良好 ，在 涂膜 5層時 ， 膜厚 100nm，外加電壓 3V時，獲得漏電流均在 106A/cm2 的數量級，單位 面積電容達到 170nF/cm2。 也要感謝張倩學姐、 呂媛媛 等同組同學在實驗過程中對我的指導和幫助，謝謝你們！ 最后，謹向所有關心和幫助過我的老師和同學們致以最崇高的敬意和最誠摯的感謝！ 山東大學畢業(yè)論文 29 參考文獻 [1] 馮翔 . 溶液法制備薄膜晶體管及其圖案化與性能研究 [D]. 合肥：合肥工業(yè)大學 , 20xx,97100. [2] J. Li, D. Liu, Q. Miao, et al. The application of a highk polymer in flexible lowvoltage anic thinfilm transistors[J].Journal of Materials Chemistry, 20xx, 22(31): 15998. [3] 陳世琴 . 基于石墨烯電極的薄膜晶體管的制備與性能研究 [D]. 合肥：合肥工業(yè)大學 , 20xx, 8590. [4], . 20xx,89,5243. [5]Kingon A I,Maria J P,Streiffer S K. ,406,1032. [6] Roco Ponce Ortiz, Antonio Facchetti, Tobin J. Marks. Chem. ,110,205. [7] 蔡葦 , 符春林 , 陳剛 . 高 K 柵 介 質 材 料 的 研 究 進 展 [J]. 半 導 體 技術 ,20xx,32(2):97100. [8] Choi C H ,Goo J S ,Oh J Y,et C~V characterization of ultra thin gate oxide thickness (～ ) . IEEE Electron Device Lett. 1999 ,20 (6) :292. 山東大學畢業(yè)論文 30 [9] Houssa M,Afanas39。 致謝 衷心感謝我的導師王素梅副教授，在我進行畢業(yè)設計期間，無論從篩選題目、實驗設計還是論文的批閱修訂等方面都耗費了王老師大量的心血。在轉移特性曲線中， VDS恒為 3 V。 光波處理的氧化鋁薄膜作為介電層的薄膜晶體管 晶體管 器件的結構示意圖見圖 37。 光波處理的氧化鋁薄膜 我們制備了在光波處理下旋涂完成的氧化鋁薄膜。 其中ε r 為材料的相對介電常數；ε 0 為真空介電常數，其值為 1012F/m；d 為薄 膜厚度，本實驗中一層膜的厚度約為 20nm；a b c 山東大學畢業(yè)論文 20 100 1000 10000 100000 1000000130140150160170180 Al2O3C/(nF/cm2)頻 率 /HzO r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o n O r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o nO r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o n O r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o nO r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o n O r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o nO r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o n O r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o nO r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o n O r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o nO r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o n O r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o n100 1000 10000 100000 10000003334353637383940 Al2O3C/(nF/cm2)頻 率 /HzO r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o n O r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o nO r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o n O r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o nO r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o n O r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o nO r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o n O r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o nO r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o n O r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o nO r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o n O r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o n山東大學畢業(yè)論文 21 100 1000 10000 100000 10000003234363840424446 Al2O3頻 率 /HzC/(nF/cm2)O r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o n O r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o nO r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o n O r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o nO r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o n O r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o nO r i g i n P r o 8 E v