新型納米器件的電學(xué)特性和可靠性研究.pdf

1、集成電路按照摩爾定律和按比例縮小的規(guī)律持續(xù)發(fā)展。在器件小型化的過程中,出現(xiàn)了許多新的問題。其中,納米MOSFET的關(guān)鍵可靠性問題:偏壓溫度不穩(wěn)定性(BiasTemperatureInstability或BTI),便是其中之一。另外,傳統(tǒng)Si工藝正在接近物理極限。因此,各種新型電子器件應(yīng)運(yùn)而生。其中,基于碳納米管網(wǎng)絡(luò)的薄膜晶體管(CarbonNanotubeNetwork-basedThin-FilmTransistors或CNN-TFT

2、s)以其優(yōu)良的電學(xué)性能、工藝可控性和獨(dú)特的柔性引起了廣泛關(guān)注。
　　隨著新材料、新工藝和新器件的開發(fā),傳統(tǒng)的電學(xué)測量手段在納米器件的研究中也面臨很多新的問題,例如BTI中恢復(fù)效應(yīng)的準(zhǔn)確表征,目前在國際上尚未很好地解決。除此之外,對新型納米器件CNN-TFT的電學(xué)特性如柵電容和遷移率也缺乏深入的研究。
　　本論文針對新型納米器件的制備、表征方法、電學(xué)特性以及可靠性展開前瞻性的研究。具體內(nèi)容包括:(1)針對納米MOSFET中BT

3、I效應(yīng)的恢復(fù)現(xiàn)象,我們建立了快速脈沖ID-VG測量(FastPulsedMeasurement或FPM)系統(tǒng),用于表征應(yīng)力過程中的閡值電壓漂移(△Vt);發(fā)展了改進(jìn)的電荷泵(ModifiedChargePumping或MCP)方法,用于準(zhǔn)實(shí)時地測量應(yīng)力下產(chǎn)生的界面態(tài)(△Nit)。(2)結(jié)合上述新型測量方法,我們系統(tǒng)地研究了納米MOSFET的BTI效應(yīng),包括pMOSFET的NBTI、pMOSFET的PBTI、nMOSFET的NBTI和nM

4、OSFET的PBTI效應(yīng)。(3)我們采用滴涂工藝和光刻技術(shù),制備了CNN-TFTs。并且結(jié)合交變脈沖ID-VG和C-V測量方法,系統(tǒng)地研究了CNN-TFT的柵電容和轉(zhuǎn)移特性。
　　論文工作的主要結(jié)果有:(1)結(jié)合FPM和MCP兩種方法,我們定量地區(qū)分了各種不同應(yīng)力條件下,納米MOSFET中界面態(tài)和氧化層電荷對BTI的貢獻(xiàn)。(2)我們發(fā)現(xiàn)在BTI中,除了界面態(tài)的影響,氧化層電荷的俘獲/釋放效應(yīng)也很重要,在建立BTI模型中必須加以考慮