a-SiO2-Si界面建模方法及在超薄柵MOS器件光電特性研究中的應(yīng)用.pdf

1、由于Si基MOS器件的尺寸繼續(xù)減小，從某種程度來說，SiO2/Si界面的優(yōu)劣，決定了MOS器件工作特性的好壞，研究SiO2/Si界面及缺陷性質(zhì)以提高SiO2/Si界面的質(zhì)量，對(duì)提高超薄柵MOS器件的可靠性是很有價(jià)值的。當(dāng)常規(guī)的實(shí)驗(yàn)手段不能很好地詮釋微納級(jí)器件的某些性質(zhì)時(shí)，通過建立SiO2/Si原子模型，利用計(jì)算機(jī)模擬是研究界面結(jié)構(gòu)對(duì) MOS器件性能影響的重要方法，然而人們建立 c-SiO2/Si模型時(shí)仍存在一些問題，因此本文主要研究a-

2、SiO2/Si結(jié)構(gòu)建模方法、a-SiO2/Si與c-SiO2/Si結(jié)構(gòu)性質(zhì)及不同缺陷對(duì)二者光電特性影響的對(duì)比、界面過渡區(qū)對(duì)超薄柵MOS器件柵泄漏電流的影響。
　　建立a-SiO2/Si原子結(jié)構(gòu)模型的方法研究。首先分析SiO2/Si界面的結(jié)構(gòu)組成及常見Si原子缺陷，明確建模要求；在對(duì)比常見建模方法優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，確立建模理論基礎(chǔ)是將分子動(dòng)力學(xué)仿真和密度泛函優(yōu)化相結(jié)合，并討論其基本理論，重點(diǎn)闡述相關(guān)參數(shù)的意義及在仿真中的應(yīng)用。然后針對(duì)

3、SiO2/Si界面各層結(jié)構(gòu)之間的差異，在建模理論的基礎(chǔ)上，研究逐層建立a-SiO2/Si模型的方法，并研究用α-quartz建立非晶SiO2的方法及常用的界面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，且完整地描述了建模的思路、流程及關(guān)鍵問題，分析優(yōu)化建模中的關(guān)鍵參數(shù)，如截?cái)嗄?，k-piont等。
　　c-SiO2/Si(001)模型與 a-SiO2/Si(001)模型光電性質(zhì)的對(duì)比研究。通過建立這兩種模型并計(jì)算二者光電性質(zhì)的異同，結(jié)果表明，兩模型的禁帶寬度基本相

4、等，但由于非晶態(tài)SiO2的引入使a-SiO2/Si的禁帶中出現(xiàn)兩個(gè)由Si3p軌道形成的缺陷能級(jí)，使其介電和吸收系數(shù)在波長(zhǎng)大于300nm時(shí)都比c-SiO2/Si(001)模型大。
　　對(duì)比研究a-SiO2/Si(001)和c-SiO2/Si(001)模型中常見的Si原子缺陷對(duì)二者光電性質(zhì)影響。通過在無缺陷的模型中建立水平懸掛鍵、Pb0缺陷和縱向懸掛鍵，計(jì)算缺陷被H原子鈍化前后模型性質(zhì)的變化。結(jié)果表明Si的成鍵缺陷會(huì)使兩種結(jié)構(gòu)的能帶向

5、能量低的方向移動(dòng)，禁帶減小，并在禁帶中產(chǎn)生缺陷能級(jí)，但是對(duì)a-SiO2/Si(001)的影響更大；同時(shí)缺陷會(huì)增大波長(zhǎng)大于600nm時(shí)兩種結(jié)構(gòu)的吸收系數(shù)，且水平懸掛鍵和Pb0的影響比縱向懸掛鍵更大；a-SiO2/Si(001)中的缺陷還會(huì)使它的吸收系數(shù)在波長(zhǎng)250nm-350nm內(nèi)變大。H鈍化a-SiO2/Si(001)中水平懸掛鍵和Pb0缺陷，可以消除缺陷引入的能級(jí)，及在波長(zhǎng)大于600nm時(shí)對(duì)吸收系數(shù)的影響，同時(shí)增大其在250nm-35

6、0nm內(nèi)的吸收系數(shù)，但H鈍化靠近SiO2一側(cè)的縱向懸掛鍵會(huì)減小a-SiO2/Si(001)在這一范圍內(nèi)的吸收系數(shù)；而c-SiO2/Si(001)中的Pb0被H原子鈍化之后，并沒有消除Pb0對(duì)其能帶及吸收系數(shù)的影響。
　　研究SiO2/Si界面亞氧化硅原子對(duì)超薄柵MOS器件可靠性的影響。通過建立界面突變型和存在過渡區(qū)的a-SiO2/Si模型并計(jì)算二者的能量及穿過SiO2層的隧穿電流，結(jié)果表明界面過渡區(qū)中亞氧化硅原子減少了應(yīng)變Si-S