平凡人 asked in 科學工程學 · 1 decade ago

Fermi-level pinning

想請問關於Fermi-level pinning

是怎麼樣的現象與機制?

還有實際量測上 要如何量得?

想要詳細徹底的弄懂這個問題

請各位高手幫我詳細的解答

謝謝囉

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  • 文昌
    Lv 7
    1 decade ago
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    關於Fermi-level pinning

    改善金屬閘極的功函數控制

    下一世代的金氧半場效電晶體(MOSFET)元件需要導入金屬閘極(metal gate,MG),以做為未來的效能提昇之用。而實現金屬閘極的一個關鍵挑戰,是如何選擇具有合適功函數(workfunction)的金屬。如何做出正確的選擇是很關鍵的,因為閘極的有效功函數(effective workfunction)(因此也是MOSFET臨界電壓),是由閘極介電層與金屬電極間的介面所嚴格控制的。此論文介紹了一種利用精心沈積的介電層堆疊與金屬閘極,之後再進行高溫處理以改變介面極化(polarization)層,以控制功函數的創新途徑。其結果顯示了介面的靜電電位(electrostatic potential)會被極化層所擾亂,而且這可以在單膜層(monolayer,ML)的層級上加以操縱。

     最重要的參數之一是與介電層相接閘極的有效功函數(feff)。feff影響了元件的平帶電壓(flatband voltage,Vfb),而且因此控制了MOSFET的臨界電壓(threshold voltage,Vt)。直到現在,feff的調變已經可藉由以下的方式來加以實現:

    a. 可以改變介電層[1]或金屬閘極材料,以及/或改變它們的成份[2],

    b. 在金屬閘極中導入摻雜物,以及

    c. 沈積金屬薄板層。

     然而,目前所報導的趨勢是在800℃以上的熱處理之後,會造成feff往中能階(4.4-4.8eV)產生系統性偏移。

    與一般所認知的相反,閘極與介電層之間的介面扮演了定義feff的主要角色。這在最近已藉由將與不同介電層(SiO2和HfO2)直接接觸的釕(ruthenium)金屬閘極,曝露在氧化/還原的環境中的研究而加以闡明[3]。此報告更進一步建議改變閘極/絕緣層介面間的靜電電位,可能會是將feff引導到所要的值的關鍵。

     在目前的研究中,我們進一步驗證了閘極介電層與金屬閘極間的介面決定了有效功函數,而且因此也決定了MOSFET的臨界電壓Vt。介面間的靜電[4]會因導入極化層(由氧化的過渡區金屬所建立)而被擾亂,而且此極化層可以在單膜層(ML)的層級上操縱。我們的觀察與先前對於單膜層的二氧化鉿(hafnium oxide,HfO2)對阻障層高度(barrier height)的衝擊,以及在二氧化矽與複晶矽介面上相對應的feff值的報導是一致的[5]。

     藉由在超高真空(ultrahigh vacuum,UHV)的分子束磊晶(molecular beam epitaxy,MBE)反應腔中(以避免雜質的引入),嚴謹地沈積介電層與金屬,我們驗證了介面的極化能夠在高溫處理的應用下進行修正,因此提供了一個簡單控制feff的方法。這個概念可藉由量測旋轉沈積(spin-deposited)的介電材料,所產生的次單膜層(submonolayer)介面靜電的作用而進一步加以開發。

    圖片參考:http://ssttpro.acesuppliers.com/meg/magazine/index...

    圖片參考:http://ssttpro.acesuppliers.com/meg/magazine/index...

    http://ssttpro.acesuppliers.com/meg/meg_1_79578111...

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