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1、小尺寸高k柵介質(zhì)MOSFETs低頻噪聲研究作者姓名卓新娟學校導師姓名、職稱張顯杜磊副教授教授領(lǐng)域材料工程企業(yè)導師姓名、職稱張俊峰高級工程師申請學位類別工程碩士提交學位論文日期2014年11月學校代碼10701學號1205122285分類TN82號TN4密級公開西安電子科技大學碩士學位論文小尺寸高k柵介質(zhì)MOSFETs低頻噪聲研究作者姓名：卓新娟領(lǐng)域：材料工程學位類別：工程碩士學校導師姓名、職稱：張顯杜磊副教授教授企業(yè)導師姓名、職稱：張俊峰高級工程師提交日期：2014年11月AStudyofLow-frequencyN
2、oiseonScaledMOSFETswithHigh-kGate-DielectricAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinMaterialsEngineeringByZhuoXinjuanSupervisor:DuLei,ZhangJunfengNovember2014西安電子科技大學學位論文獨創(chuàng)性（或創(chuàng)新性）聲明秉承學校嚴謹?shù)膶W風和優(yōu)良的科學道德，本人聲明所呈交的論文是我個
3、人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果；也不包含為獲得西安電子科技大學或其它教育機構(gòu)的學位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。學位論文若有不實之處，本人承擔一切法律責任。本人簽名：日期：西安電子科技大學關(guān)于論文使用授權(quán)的說明本人完全了解西安電子科技大學有關(guān)保留和使用學位論文的規(guī)定，即：研究生在校攻讀學位期間論文工作的知識產(chǎn)權(quán)單位屬于西安電子科技大學。學校
4、有權(quán)保留送交論文的復印件，允許查閱、借閱論文；學?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容，允許采用影印、縮印或其它復制手段保存論文。同時本人保證，獲得學位后結(jié)合學位論文研究成果撰寫的文章，署名單位為西安電子科技大學。保密的學位論文在年解密后適用本授權(quán)書。本人簽名：導師簽名：日期：日期：摘要摘要低頻噪聲（包括1/f噪聲、產(chǎn)生-復合噪聲，其中1/f噪聲更為常見）廣泛存在于各種半導體器件中，相比電參數(shù)檢測，低頻噪聲具有高靈敏性，能夠敏感地反映半導體器件中的許多潛在缺陷?？煽啃詸z測方法的研究發(fā)現(xiàn)，在施加一定程度應力后，電參數(shù)可能不會發(fā)生很大變
5、化，但是噪聲參數(shù)卻有不同程度的反映。這是因為與電參數(shù)相比，噪聲對器件潛在缺陷的檢測能力比較強。因此，近幾年對低頻噪聲表征器件可靠性的研究越來越多。MOS器件尺寸按照等比例縮小原則不斷降低，SiO2絕緣氧化層的厚度也需要不斷減小。但是當MOS器件特征尺寸達到深亞微米，甚至納米尺度，SiO2薄層的厚度將會超過其物理極限（~1.2nm）。對高k材料的研究發(fā)現(xiàn)，用高k材料取代SiO2作為MOS器件柵介質(zhì)，能夠明顯改善由于尺寸微縮所導致的柵泄漏問題。但是，由于高k材料本身具有很高的體陷阱密度，以及由于晶格失配等原因?qū)е碌慕缑嫦葳迕芏冗^
6、高，都給器件的可靠性帶來了挑戰(zhàn)。而1/f低頻噪聲卻能在一定程度上反映這些與器件可靠性相關(guān)的參數(shù)特性，因此本文的重點就是研究這種具有疊層柵棧結(jié)構(gòu)的新型MOS器件的噪聲特性和1/f低頻噪聲模型。為此所做的研究工作主要有：（1）以往的MOSFETs溝道載流子的庫倫散射僅僅只考慮了界面氧化層陷阱與溝道載流子的相互作用，本文總結(jié)了大量文獻資料中的實驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)由高k層體陷阱和高k層/中間層界面陷阱所導致的遠程庫倫散射對遷移率的影響也是非常大的。傳統(tǒng)的Si基MOS器件的柵介質(zhì)是直接在襯底上氧化生成一層本征氧化層，因此表面粗糙度散射不是很
7、明顯，而新型的疊層柵介質(zhì)界面卻非常不平整，粗糙度散射較強。因此本文在對遷移率進行計算時，加上了遠程庫倫散射和表面粗糙度散射的影響。（2）經(jīng)典的統(tǒng)一噪聲模型應用于傳統(tǒng)MOS器件的1/f噪聲表征是非常先進的，但是對于新型的小尺寸高k柵介質(zhì)MOSFETs，模擬結(jié)果和實驗結(jié)果誤差比較大。本文在考慮了小尺寸器件的量子效應后，對噪聲功率譜密度中的遷移率漲落項進行了修正。（3）計算模型參數(shù)—庫倫散射系數(shù)α和表面粗糙度散射系數(shù)β。分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，I西安電子科技大學碩士學位論文兩個散射系數(shù)之和與統(tǒng)一模型中的庫倫散射系數(shù)具有相等的數(shù)量級，證明我們
8、以統(tǒng)一噪聲模型為基本框架的建模思路是正確的。（4）本文在最后，還研究了現(xiàn)階段的基于虛擬儀器的自動化噪聲測試方法，設計了噪聲測試的驗證方案，希望能夠研究不同中間層厚度和高k層厚度時MOSFETs的遷移率特性和1/f低頻噪聲特性。關(guān)鍵詞：高k柵介質(zhì)MOSFETs，1/f噪聲，遷移率，散射論文類
