隨著多組分系統(tǒng)的器件結構的大小降低到原子或者納米尺寸,界面結構和特性變得越來越重要,有時甚至會對整個結構的性質(zhì)起決定作用,在納米區(qū)域弄清包含界面的材料的電子和介電性質(zhì)以及缺陷的影響就變得很重要。然而,許多用來計算材料整體介電系數(shù)的方法,對于計算具體地如表界面效應作用下的介電特性已不再適用;并且有關缺陷對介電特性的影響以及具體的影響機制尚不明確。因此,有必要研究能反映表界面效應的局域介電計算方法,以及具體的研究界面可能存在的缺陷對介電性能的影響。本文首先介紹了仿真軟件CASTEP所采用的第一性原理計算方法,著重討論了該方法的基本內(nèi)容和關鍵的近似處理方法,接著在梳理國內(nèi)外局域介電理論研究動態(tài)的基礎上分別從非局域介電張量和微觀極化率的角度對局域介電的計算進行分析,并根據(jù)實際計算的需要對基本理論公式進行分解并給出了目前針對局域介電的簡化方法。本文的研究工作就在第一性原理和局域介電理論的基礎上,圍繞局域介電方法及其在MOS器件結構的應用展開。在對比分析了目前國內(nèi)外局域介電方法的優(yōu)缺點后,研究了基于能帶結構的局域介電方法。在當前已有的體系整體介電與結構直接帶隙函數(shù)關系的基礎上,結合分層態(tài)密度理論(...

【文章頁數(shù)】：96 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 發(fā)展態(tài)勢
    1.4 本論文的主要研究內(nèi)容
第二章 第一性原理計算方法及局域介電理論
    2.1 第一性原理的基本內(nèi)容
    2.2 仿真計算中的近似理論
        2.2.1 Born-Oppenheimer絕熱近似
        2.2.2 Hartree-Fock近似
        2.2.3 密度泛函理論
    2.3 局域介電理論
        2.3.1 基于非局域介電張量的理論方法
        2.3.2 基于局域極化率的理論方法
        2.3.3 其他局域介電理論方法
    2.4 模擬仿真和數(shù)值計算軟件
第三章 局域介電方法及Si/SiO₂界面局域介電特性研究
    3.1 常見局域介電方法的對比分析
    3.2 基于能帶結構的局域靜態(tài)介電方法
        3.2.1 基于直接帶隙的局域介電方法
        3.2.2 能隙基礎上的局域介電數(shù)值擬合方法
    3.3 Si/SiO₂模型的能帶結構局域介電方法仿真及結果分析
        3.3.1 Si/SiO₂模型的直接帶隙局域介電方法仿真及結果分析
        3.3.2 禁帶寬度局域介電方法計算結果
    3.4 基于分層電容的局域介電方法
        3.4.1 介電系數(shù)的基本容性特征
        3.4.2 局域介電的分層電容方法
    3.5 Si/SiO₂模型的分層電容局域介電特性研究
        3.5.1 Si/SiO₂界面原子結構建模及不同界面缺陷模型
        3.5.2 模型說明、仿真條件及計算方法
        3.5.3 Si/SiO₂界面缺陷的局域介電特性研究
    3.6 本文提出的局域介電方法對比分析
第四章 Si/HfO₂界面缺陷及其局域介電特性研究
    4.1 Hf基高K柵介質(zhì)的引入及界面缺陷研究意義
        4.1.1 高K柵介質(zhì)的引入及選擇依據(jù)
        4.1.2 Hf基高K的不足及氧空位的出現(xiàn)
    4.2 Si/HfO₂界面氧空位缺陷結構
        4.2.1 Si/HfO₂界面原子結構建模及界面氧空位缺陷模型
        4.2.2 不同界面缺陷的Si/HfO₂界面原子結構模型
    4.3 Si/HfO₂不同氧空位模型對能帶結構的影響
        4.3.1 O3(1Hf)氧空位對Si/HfO₂能帶結構的影響
        4.3.2 O3(2Hf)氧空位對Si/HfO₂能帶結構的影響
        4.3.3 O3(3Hf)氧空位對Si/HfO₂能帶結構的影響
        4.3.4 O4(2Hf)氧空位對Si/HfO₂能帶結構的影響
        4.3.5 平行O4(2Hf)氧空位對Si/HfO₂能帶結構的影響
        4.3.6 O4(4Hf)氧空位對Si/HfO₂能帶結構的影響
    4.4 Si /HfO₂界面缺陷的局域介電研究
        4.4.1 不同原子結構V3氧空位對介電特性的影響
        4.4.2 不同原子結構及位置V4氧空位對介電特性的影響
        4.4.3 HfO₂體內(nèi)V3、V4氧空位對介電特性的影響
        4.4.4 界面處V3、V4氧空位對介電特性的影響
    4.5 不同氧空位局域介電特性小結
    4.6 Si/HfO₂界面缺陷研究的應用
第五章 結論與展望
致謝
參考文獻
攻讀碩士學位期間取得的成果



本文編號：3783890