在半導體集成電路的飛速發(fā)展中,金屬-氧化物-半導體晶體管（MOSFET）的尺寸縮小遵循著摩爾定律（Moore’s Law）。當到達45nm和32nm技術節(jié)點時,新一代金屬/高K介質結構替代傳統(tǒng)的多晶硅/Si02結構已成為事實。對金屬柵材料的主要要求之一是具有合適的功函數。金屬柵極功函數是金屬/高K介質柵結構中最重要的參數之一,它影響器件的平帶電壓,決定MOSFET器件的閾值電壓,從而決定器件的驅動性能。金屬柵極功函數與諸多因素相關,不僅和柵極材料有關,而且與金屬和高K介質之間的界面特性密切相關。界面化學成分、界面原子成鍵結構、界面缺陷、金屬多晶納米顆粒的晶向等都可能對金屬柵極功函數產生大的影響。目前,對各個影響因素對功函數的影響機理還未作出全面深入的解釋。在MOSFET器件當前和未來的發(fā)展中,如何有效地調控金屬/高K介質柵結構的功函數仍然是一項挑戰(zhàn),也是一個重要課題。本論文基于第一性原理計算方法,研究了表面磁性組態(tài)、外加電場、應變、界面本征原子替位式摻雜和界面原子空位對金屬柵極功函數的影響。主要研究結果如下：（1）對磁性金屬柵極Cr/Fe（001）和C吸附Cr/Fe（001）體系的研究... 

【文章頁數】：106 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 高K柵介質的引入及常見的一些高K柵介質
    1.3 金屬柵極材料及其功函數的研究概況
        1.3.1 金屬柵極材料簡介
        1.3.2 金屬柵表面功函數調節(jié)的研究
        1.3.3 金屬/高K柵極有效功函數調節(jié)的研究
    1.4 金屬柵極功函數調節(jié)面臨的困難和挑戰(zhàn)
    1.5 本文的研究背景和研究內容
第2章 密度泛函理論基礎和計算軟件簡介
    2.1 密度泛函理論基礎
        2.1.1 多體系統(tǒng)的薛定諤方程
        2.1.2 Hohenberg-Kohn定理
        2.1.3 Kohn-Sham方程及自洽求解流程
        2.1.4 交換關聯(lián)泛函
    2.2 計算軟件VASP程序包簡介
第3章 磁性組態(tài)、合金化和表面吸附對金屬柵功函數的影響
    3.1 研究背景
    3.2 C吸附與磁性組態(tài)對Cr/Fe(001)表面功函數的調制
        3.2.1 模型與計算方法
        3.2.2 功函數隨磁性和C吸附的變化
        3.2.3 關于功函數隨磁性和C吸附變化的分析和理解
        3.2.4 本節(jié)小結
    3.3 Cr/Ni金屬柵電極功函數的磁性組態(tài)及表面取向效應
        3.3.1 研究背景
        3.3.2 模型與計算方法
        3.3.3 清潔Ni(111),Ni(100)和Ni(110)表面功函數及表面原子磁矩
        3.3.4 表面磁性組態(tài)命名及磁性計算細節(jié)
        3.3.5 Cr/Ni(111),Cr/Ni(100)和Cr/Ni(110)各磁性組態(tài)下的功函數
        3.3.6 關于磁性組態(tài)影響功函數的理解與分析
        3.3.7 本節(jié)小結
第4章 Ni,HfO_2薄層及Ni/HfO_2柵功函數隨外加電場的變化
    4.1 研究背景
    4.2 理論模型與計算細節(jié)
    4.3 界面結合能與功函數
    4.4 無外加電場的界面結合
    4.5 兩界面有效功函數及純Ni、HfO_2薄層的功函數對外加電場的響應
    4.6 外加電場對界面電荷分布的影響
    4.7 功函數變化與偶極矩變化
    4.8 本章小結
第5章 界面本征缺陷對Ni/HfO_2柵極功函數的影響
    5.1 研究背景和意義
    5.2 模型和計算細節(jié)
    5.3 缺陷界面的形成能
    5.4 界面有效功函數的計算方法
    5.5 各缺陷界面有效功函數隨缺陷濃度變化的研究
    5.6 界面偶極子變化的研究
    5.7 有效功函數,離子價態(tài)和局域態(tài)
    5.8 本章小結
第6章 應變對Ni/HfO_2柵極功函數的影響
    6.1 研究背景
    6.2 理論模型與計算細節(jié)
    6.3 有效功函數的計算及對應變的響應
    6.4 關于應變影響有效功函數的討論
    6.5 界面有效功函數與表面功函數對應變的響應的不同
    6.6 本章小結
第7章 總結與展望
參考文獻
攻讀學位期間承擔的科研任務與主要成果
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]第一性原理研究氧在Ni（111）表面上的吸附能及功函數[J]. 許桂貴,吳青云,張健敏,陳志高,黃志高.  物理學報. 2009(03)
[2]Ag,Au,K吸附在W（001）表面上的功函數隨外加電場的變化[J]. 侯柱鋒,朱梓忠,黃美純,黃榮彬,鄭蘭蓀.  物理學報. 2002(07)



本文編號：3728505