異質(zhì)界面器件低頻噪聲表征研究.pdf

1、以高k柵棧金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET）為代表的現(xiàn)代電子器件包含多種界面結(jié)構(gòu)。界面反應(yīng)和界面多種缺陷導(dǎo)致的器件疲勞和失效等可靠性問題，成為困擾集成薄膜/襯底系統(tǒng)發(fā)展的一大難題。對(duì)異質(zhì)界面缺陷的檢測和表征成為提高集成電子器件性能及開發(fā)新器件的關(guān)鍵。與傳統(tǒng)檢測方法相比，低頻噪聲更能反映器件的可靠性特性。
　　本文旨在利用低頻噪聲方法，研究異質(zhì)界面中多種缺陷導(dǎo)致器件疲勞和失效等可靠性問題。論文圍繞國家自然基金課題“高k介質(zhì)

2、MOS器件共振隧穿低頻噪聲模型及應(yīng)用研究”的研究任務(wù)，對(duì)異質(zhì)界面器件的低頻噪聲表征方法進(jìn)行了研究。
　　全文內(nèi)容主要針對(duì)三種典型異質(zhì)界面器件：
　　(1)高k柵棧異質(zhì)界面器件；
　　(2)氮化鎵（GaN）基發(fā)光二極管（LED）異質(zhì)界面器件；
　　(3)GaN基高電子遷移率晶體管（HEMT）異質(zhì)界面器件進(jìn)行其界面缺陷與低頻噪聲的相關(guān)性研究，概括為以下三個(gè)部分：
　　首先，針對(duì)納米晶體管高介電常數(shù)k柵堆棧MOS

3、FET的實(shí)際結(jié)構(gòu)，建立了入射電子通過缺陷隧穿高k柵棧結(jié)構(gòu)的量子模型。討論了多種高k柵材料和柵電極材料及其界面層厚度、高k層厚度變化對(duì)隧穿系數(shù)的影響，分析了入射電子能級(jí)與缺陷能級(jí)共振的高k柵棧結(jié)構(gòu)隧穿機(jī)理?；诟遦柵棧氧化層漏電流的彈性陷阱輔助隧穿機(jī)制，通過將量子隧穿包含到量子逾滲理論，建立了量子逾滲隧穿電流1/f噪聲模型。該模型成功解釋了高k柵棧雙層擊穿與柵隧穿電流1/f噪聲的幅度和指數(shù)依賴機(jī)理。為高k柵棧雙層擊穿的1/f噪聲表征方法提

4、供了理論依據(jù)。
　　其次，通過電離輻照對(duì)氮化鎵基藍(lán)光LED器件有源區(qū)光/暗電流產(chǎn)生機(jī)制的研究，建立了電離輻照減小LED有效輸出功率的電學(xué)模型。通過電離輻照對(duì)氮化鎵基藍(lán)光LED器件有源區(qū)1/f噪聲影響機(jī)制的研究,建立了電離輻照增大LED1/f噪聲的相關(guān)性模型。提出采用1/f噪聲時(shí)域多尺度熵復(fù)雜度反映氮化鎵基藍(lán)光LED的可靠性的方法。通過微塵等離子噪聲（RTS噪聲）的方法對(duì)氮化鎵基藍(lán)光LED器件進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)器件微等離子體噪聲區(qū)域電流

5、不穩(wěn)定，對(duì)應(yīng)噪聲時(shí)間序列的多尺度熵復(fù)雜度較低的結(jié)果。這一結(jié)果清楚地反映了本征載流子與輻照感應(yīng)缺陷的競爭導(dǎo)致GaN基LED反向偏置電流局部不穩(wěn)定的物理本質(zhì)。
　　最后，從理論和實(shí)驗(yàn)上研究了熱載流子引起的AlGaN/ GaN HEMT漏極電流1/f噪聲和柵電流的1/f噪聲。建立了一個(gè)包含壓電極化效應(yīng)和熱載流子效應(yīng)的統(tǒng)一漏電流1/f噪聲模型。模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)證明熱載流子效應(yīng)和壓電效應(yīng)對(duì)AlGaN/ GaN HEMT器件漏電流1/f噪聲影