纳米器件材料界面的第一性原理研究

发布时间：2023-04-23 11:14

　　在过去五十多年来,晶体管器件尺寸一直沿着摩尔定律按比例微缩,单个芯片上晶体管的数量从最早的几千个增长到今天的二十亿个。随着器件制备工艺技术不断进行创新,晶体管尺寸不断缩小,器件物理设计的复杂性也随之增加。在大规模集成电路发展到后摩尔时代的节点,涌现出许多新材料和新功能器件,同时随着电介质、源极/漏极和沟道材料工艺的升级以及光刻工艺的创新,器件的小型化已成为可能。随着器件尺寸不断微缩,会遇到一些难以逾越的技术瓶颈。比如载流子隧穿、晶体管漏电流、偏压温度不稳定以及随机电报噪声等可靠性问题越来越明显,这些问题会影响器件及电路的性能和寿命。考虑到纳米器件电学特性中多种物理机制的耦合效应给实验研究所带来的困难,本文利用理论计算对单一物理机制进行分离研究,既可为实验提供重要补充,也可为进一步的器件优化提供理论指导。对于后摩尔时代新型纳米器件的研究,其结构和材料越来越复杂,不同材料的异质界面成为影响器件性能的核心因素之一,例如晶体管栅极氧化层和沟道材料界面的缺陷会严重影响纳米器件电学性能并带来器件特性涨落。虽然实验上可以通过阈值电压漂移以及俘获时间等参数结合经典的物理模型提取诸如缺陷浓度、位置分布等...

【文章页数】：134 页

【学位级别】：博士

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中文摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
    1.1 后摩尔时代纳米器件的发展
        1.1.1 新结构
        1.1.2 新原理
        1.1.3 新材料
    1.2 材料界面对器件的影响
        1.2.1 材料界面对器件性能的影响
        1.2.2 材料界面对器件可靠性的影响
    1.3 选题意义以及论文安排
第二章 密度泛函理论概述
    2.1 密度泛函理论
        2.1.1 霍恩伯格-科恩定理
        2.1.2 科恩-沈吕九方程
    2.2 交联泛函
    2.3 非平衡格林函数
    2.4 本文进行密度泛函计算使用的软件包
第三章 Si/Ge半导体与二维过渡金属硫化物接触界面的肖特基势垒调制
    3.1 研究背景
    3.2 界面模型与计算参数
    3.3 Si与二维过渡金属硫化物接触界面的肖特基势垒调制
        3.3.1 Si表面钝化处理
        3.3.2 Si掺杂的影响
        3.3.3 六种过渡金属硫化物与硅接触分析
        3.3.4 器件输运特性
        3.3.5 界面层对肖特基势垒的调制
    3.4 Ge与二维过渡金属硫化物接触界面的肖特基势垒调制
        3.4.1 Ge表面不同钝化方式
        3.4.2 表面钝化调制肖特基势垒机制
        3.4.3 表面钝化对器件转移特性的影响
        3.4.4 六种二维过渡金属硫化物与锗接触分析
        3.4.5 界面层对肖特基势垒的调制
    3.5 小结
第四章 MoS₂场效应晶体管栅界面缺陷以及沟道弯曲的研究
    4.1 纳米器件界面缺陷和表面形貌引起的可靠性问题
    4.2 界面缺陷的态-态耦合计算方法
    4.3 MoS₂-SiO₂界面缺陷引起的电荷俘获与退俘获
        4.3.1 MoS₂-SiO₂界面模型
        4.3.2 第一性原理计算参数
        4.3.3 非简谐近似马库斯理论
        4.3.4 氧化层四种缺陷的能级
        4.3.5 缺陷能级与MoS₂ CBM/VBM之间的耦合常数
        4.3.6 电荷俘获/退俘获速率
    4.4 MoS₂场效应晶体管中沟道弯曲对输运特性影响的研究
        4.4.1 MoS₂晶体管模型以及计算参数
        4.4.2 沟道弯曲对晶体管器件转移特性的影响
        4.4.3 沟道弯曲对反相器静态特性的影响
    4.5 小结
第五章 电荷对界面缺陷能级调制的研究
    5.1 研究背景
    5.2 界面模型以及计算参数
    5.3 计算结果分析
        5.3.1 电子退俘获对缺陷能级的调制
        5.3.2 多电荷体系对缺陷能级的调制
        5.3.3 缺陷位置对缺陷能级调制的影响
        5.3.4 电荷对氢原子迁移势垒的影响
    5.4 小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文和参加科研情况
附件
学位论文评阅及答辩情况表



本文编号：3799605