碳纳米管高k材料在MOSFET中应用.pptxVIP

碳纳米管、高k材料及金属栅在MOSFETs中的应用--第8题 姚珂 李江晨 刘览琦 石琴琴 魏铨一、尺寸减小带来的挑战二、已有的应对挑战的解决方案 —高k材料 —金属栅三、基于碳纳米管的解决方案 —碳纳米管的性质 —CNTFETs的结构及特性 —高K和金属栅CNTFETs中的应用四、总结目录摩尔定律带来的挑战？解决方案—金属栅背景工艺 电性能背景工艺单金属方法双金属方法金属互联法其他方法工艺 Fig.1 Damascene gate transistor fabrication process.工艺金属互扩散法Fig.2 Metal interdiffusion fabrication processFig. 2 I –V characteristics of 52 MOSFET’s with W/TiN gate and SiO gate insulator on an 8-in wafer (T = 4:8 nm).Fig.3 C–V characteristics of damascene gate transistor with SiO gate insulator.解决方案——高K材料介质1.什么是高k材料2.高k材料的优势3.制备高k材料的方法4.高K材料的介绍解决方案——高K材料介质1.什么是高k材料2.高k材料的优势3.制备高k材料的方法4.几种高K材料的介绍高K材料的基本介绍什么是高K材料？k描述一种材料保有电荷的能力。高k材料是一种可取代二氧化硅作为栅介质的材料。解决方案——高K材料介质1.什么是高k材料2.高k材料的优势3.制备高k材料的方法4.几种高K材料的介绍为什么要使用高K材料？SiO2栅介质减薄带来的问题 由缓变沟道近似： 然而SiO2 栅厚度的减薄是有物理极限的 当继续减薄时，每减薄1埃，漏电流将增加5倍； 对于栅厚度小于20埃的SIO2，还存在着严重的针孔问题和从多晶硅SIO2到沟道的硼扩散， 影响了MOS器件的性能，从而阻碍了器件的进一步微型化。为什么要使用高K材料？ 根据驱动电流和栅氧化物厚度的关系：为了增大器件的饱和驱动电流, 在保持其他参数不变的情况下, 需要采用具有较高介电常数的物理厚度较厚的栅介质薄膜材料, 这样才可以大大降低直接隧穿效应和栅介质层承受的电场强度。 栅电容可以用平行板电容来表达: 等效SiO2厚度概念, 即: 从该表达式可看出, 使用较厚的K 值大于3. 9 的高介电材料可以起到较薄SiO2 栅同等的作用, 由于物理厚度大而消除了由隧穿引起的较大漏电流。解决方案——高K材料介质1.什么是高k材料2.高k材料的优势3.制备高k材料的方法4.几种高K材料的介绍高K材料的制备方法解决方案——高K材料介质1.什么是高k材料2.高k材料的优势3.制备高k材料的方法4.几种高K材料的介绍主要的高k材料 二氧化铪(HfO?)是一种具有宽带隙和高介电常数的陶瓷材料，替代栅极绝缘层二氧化硅(SiO?)。HfO2其他如ZrO2，Si3N4，TiO2，Ta2O5等 小飞守角制作解决方案——碳纳米管FET基于碳纳米管的解决方案 —碳纳米管的性质 —CNT-FET的结构及特性 —高K和金属栅CNT-FET中的应用解决方案——碳纳米管FET基于碳纳米管的解决方案 —碳纳米管的性质 —CNT-FET的结构及特性 —高K和金属栅CNT-FET中的应用纳米材料科学技术纳米材料：指晶粒尺寸为纳米级的超细材料。其中界面原子占极大比例，而且原子排列互不相同，界面周围的晶格结构互不相关，从而构成与晶态、非晶态均不同的一种新的结构状态。纳米科学技术：研究在10^-8到10^-9，原子、分子和其他类型物质的运动和变化的学问；同时在这一尺度范围内对原子、分子进行操纵加工的技术。Timeline of carbon nanotubesTimeline of carbon nanotubes碳纳米管结构碳纳米管（Carbon nanotubes, CNTs），碳的同素异形体。由单层或多层石墨片绕中心按一定角度卷曲而成的无缝、中空纳米管。单层直径一般为1－6 nm；多层层数2-50不等，典型直径为2～30nm，长度为长度0.1～50μm。单壁碳纳米管 多壁碳纳米管直径1-6nm直径nm—um碳纳米管结构 和 为石墨平面的单胞基矢。选石墨平面中任一碳原子O 做原点，再选另一个碳原子A ，从O 到A 的矢量为式(1)将石墨平面卷曲成一个圆柱，在卷曲过程中使矢量 末端的碳原子A 与原点上的碳原子O 重合，然后在石墨圆柱的两端罩上碳原子半球面,这样就形成了一个封闭的碳纳米管。这样形成的碳纳米管可用( n , m) 这对整数来描写。因为这对整数一经确定,，碳纳米