高K-GaAs MOS界面特性仿真研究.pdf

1、高K柵GaAs MOSFET器件結合了GaAs材料高電子遷移率和高K柵介質低漏電的優(yōu)勢，有望成為未來延續(xù)摩爾定律的新方向。但是高K/GaAs界面處存在較高的界面陷阱密度，而目前界面陷阱對高K/GaAs MOS的電容和電學特性造成影響機理認識還不足，這嚴重阻礙了高K/GaAs結構的應用，因此深入探究界面陷阱對電學特性的影響機理，不僅可以解釋實驗中出現(xiàn)的重要現(xiàn)象同時也能為高K/GaAs MOSFET的研制提供理論指導。
　　針對高K/

2、GaAs MOS結構中界面陷阱、GaAs能帶結構、表面能量量子化、載流子的分布和輸運機理等重要的材料特性和物理參量，探討了陷阱模型、遷移率模型、產(chǎn)生-復合模型、量子效應模型、非拋物線效應模型和多能谷效應模型對器件特性研究的適用性，并確定了模型的關鍵參數(shù)。在此基礎上，分析了界面態(tài)對溝道中載流子遷移率的影響和量子效應對柵電容的影響機理。
　　利用建立的高K/GaAs結構的仿真模型，探究了界面陷阱對N型GaAs MOS電容的影響機理，詳

3、細討論了不同界面陷阱密度大小、界面陷阱處于禁帶中的不同位置以及界面陷阱的頻率效應對電容的影響，并解釋了實驗中C-V曲線中出現(xiàn)的反型區(qū)“凸起”現(xiàn)象和n型GaAs具有較p型GaAs更明顯的頻散現(xiàn)象，將利用此模型仿真所得的HfO2/n-GaAs MOS C-V曲線與實驗得到的HfO2/n-GaAs MOS C-V曲線進行了對比，發(fā)現(xiàn)仿真得到與實驗相近的等效氧化層厚度（EOT）、平帶電壓、禁帶中央界面陷阱密度，驗證了此模型的正確性。
　　

4、另外，通過界面陷阱對P型GaAs MOSFET電學特性的影響仿真發(fā)現(xiàn)，界面陷阱會導致閾值電壓向正壓方向漂移，溝道中電子遷移率下降和跨導的減小，并且比較了不同界面陷阱密度對電學特性的影響的大小，當界面陷阱密度低于1×1012cm-2eV-1時，界面陷阱對器件電學特性影響較小，1×1012cm-2eV-1的界面陷阱密度使閾值電壓增加了0.2V左右，跨導最大下降量達500ms/mm，因而當界面陷阱密度高于1×1012cm-2eV-1時，由界面