基于mim結(jié)構(gòu)介電薄膜電學(xué)特性表征方法研究

1、密 級(jí)碩 士 學(xué) 位 論 文（全日制專業(yè)學(xué)位碩士） （全日制專業(yè)學(xué)位碩士）題目 基于 MIM 結(jié)構(gòu)介電薄膜電學(xué)特性表征方法研究 .（英文） （英文）Study on Characterization Methods of Electric Properties of .Dielectric Thin Films Based on MIM Structures .研 究 生 學(xué) 號(hào): 1401302044 .研 究 生 姓 名: 秦 臻

2、.指導(dǎo)教師姓名、職稱 指導(dǎo)教師姓名、職稱: 楊道國教授 .申 請(qǐng) 學(xué) 位 類 別: 工程碩士 .領(lǐng) 域: 機(jī)械工程 .論 文 答 辯 日 期: 2017 年 6 月 .摘 要I摘 要隨著集成電路微型化，薄膜化與高頻化的發(fā)展，介電薄膜得到廣泛應(yīng)用。但至今為止，對(duì)于高頻下薄膜介電特性的精確提取，國內(nèi)外還未有一個(gè)統(tǒng)一、完善的標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)。因此，介電薄膜電學(xué)特性的表征技術(shù)研究具有重要意義與較好的應(yīng)用前景。高頻內(nèi)采用金屬-絕緣-金屬（簡稱 MIM）

3、結(jié)構(gòu)表征薄膜介電特性（介電常數(shù) r ? 、損耗角正切值 tan? ）時(shí)，表征結(jié)果不可避免地會(huì)受到寄生效應(yīng)的消極影響；而薄膜介電特性準(zhǔn)確的提取主要依賴于寄生效應(yīng)的剝離。為此本文以 SiO2 薄膜作為研究對(duì)象，針對(duì)基于 MIM 結(jié)構(gòu)的薄膜介電特性表征方法的精確性問題展開了一系列研究：1．深入研究了薄膜介電特性的差動(dòng)法表征技術(shù)。借助射頻仿真軟件（ADS）設(shè)計(jì)了一系列內(nèi)徑不同的 MIM 模型；并對(duì)比分析了單個(gè)結(jié)構(gòu)直接表征薄膜介電特性結(jié)果，從而引

4、出差動(dòng)法表征技術(shù)的研究。文中主要探究了該方法中不同內(nèi)徑的 MIM 組合，以及 MIM 結(jié)構(gòu)中底部電極厚度和材料對(duì)表征結(jié)果的影響。研究結(jié)果表明：1）不同內(nèi)徑的 MIM 組合得到的表征結(jié)果存在差異，其中組合 DM65-55 得到的 r ? 均值為3.85，其表征精度高達(dá) 98.7%；且 tan? 值也在可接受范圍內(nèi)；2）底部電極厚度的改變對(duì) r ? 的影響較小，而 tan? 隨底部電極厚度的增加而減?。?）底部電極材料的改變對(duì) tan? 的

5、影響較大，其值隨材料導(dǎo)電性增加而減小。2．探究了差動(dòng)法的一個(gè)補(bǔ)充技術(shù)——Rs 剝離技術(shù)，用于剝離差動(dòng)法中沒作考慮的額外電阻。結(jié)果表明：經(jīng)過該技術(shù)修正后的 tan? 不再表現(xiàn)出較強(qiáng)的頻率依賴性，其值與參考值更接近。3．對(duì) R-L 等效電路法與 R-Cp 等效電路法進(jìn)行了探究，此類方法只需采用單個(gè)MIM 結(jié)構(gòu)便可對(duì)介電薄膜表征過程中的寄生效應(yīng)進(jìn)行剝離。 其中， R-L 等效電路法對(duì)寄生電阻 R 與寄生電感 L 進(jìn)行了提??；而 R-Cp 等效

6、電路法對(duì)寄生電阻 R 與寄生電容Cp 進(jìn)行提取；二者得到的寄生電阻值相近。4．將差動(dòng)法的表征結(jié)果， Rs 剝離技術(shù)修正的 tan? ， 以及 R-L 等效電路法與 R-Cp等效電路法的表征結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比與分析。分析結(jié)果表明：寄生電容值 Cp 對(duì) r ? 的影響比寄生電感 L 對(duì) r ? 的影響大；因此，相比 R-L 等效電路法，R-Cp 等效電路法提取的 r ? 均值更為理想，且與差動(dòng)法得到結(jié)果相近；就 tan? 計(jì)算而言，R-L 等效