高k介質(zhì)薄膜的原子層沉積制備及納米器件應用.pdf

1、隨著集成電路尺寸的進一步縮小，納米尺度的CMOS器件面臨的技術挑戰(zhàn)和物理問題已成為當前迫切而重要的研究課題，其中由于高k介質(zhì)薄膜的優(yōu)異物理特性和引人矚目的應用前景，當前的高k介質(zhì)薄膜研究已經(jīng)成為了微電子領域中的一大熱點。本文利用原子層沉積技術制備了高質(zhì)量的高k介質(zhì)薄膜，并結合微納加工技術研究了其在生物微流體和微電子場效應管器件中的應用。
　　 首先，采用原子層沉積技術制備出Al2O3和HfO2介電薄膜，利用原子力顯微鏡對其表面形

2、貌進行了表征，研究了沉積溫度和膜厚對其表面粗糙度的影響和規(guī)律。此外，研究了兩種薄膜的介電特性和漏電及擊穿特性，結果表明利用原子層沉積制備的的介質(zhì)薄膜具有較高高介電常數(shù)(10～20)，極低的漏電流(電壓為18V時小于1μA/cm2)和較高擊穿電壓(高于65V)，是理想的柵介質(zhì)層。
　　 其次，利用原子層沉積系統(tǒng)生長的Al2O3薄膜充當柵介質(zhì)層，制備出頂柵結構的ZnO納米線場效應管，研究其輸出特性。場效應管性能測試結果表明Al2O3

3、薄膜充當柵介質(zhì)層可以大幅度降低器件的工作電壓，使其工作在5 V以內(nèi)，進一步可以有效降低電路的功耗。
　　 最后，利用原子層沉積的介質(zhì)薄膜具有表面平整性，一致性和保型性等眾多優(yōu)點，研究其在生物微流道器件中的應用。利用聚焦離子束刻蝕在Si3N4薄膜上制做納米孔，通過原子層沉積生長的Al2O3薄膜來修飾納米孔，使其孔洞周圍的噪聲特征減小，同時縮小孔洞，使尺寸達至微流體器件應用于檢測、傳感生物大分子領域中的要求。研究結果表明，通過優(yōu)化制