在高k MOS器件中,铪基高k电介质的使用能减小栅电介质中的泄漏电流,但相对较高的缺陷密度则引起了较多的可靠性问题。为了提高高k介质可靠性,重要的是要充分的认识和了解其缺陷的特性,掌握缺陷的空间和能量分布。 　　 噪声是导致器件失效的各种潜在缺陷的灵敏反映。缺陷的存在及其数量变化所造成的噪声变化要比常规的电参数大的多,因而噪声已被广泛用于研究半导体中的陷阱性质。统一模型对SiO2介质MOSFETs而言是最成功的噪声模型,但当器件用高k栅栈材料作为栅介质时用这个模型提取的参数值有明显的误差。所以随着器件结构的变化,传统氧化物器件建立的统一噪声模型,不能用在高k栅栈器件的噪声上。需要建立比较精确的高k介质MOS器件低频噪声模型,这对表征缺陷、优化器件性能从而提高器件可靠性,是很有必要的。　　 近年来已有文献研究了高k噪声特性以及高k栅栈低频噪声模型,所建的噪声模型都是在原有SiO2器件统一噪声模型的基础上建立的。其中只考虑了直接隧穿机制,而研究表明在高k栅栈MOS器件中除此机制外,还存在共振隧穿的载流子交换机制,因此已有的噪声模型是不完善的,不符合新隧穿机制理论的要求。本文正是考虑了直接隧穿及共振隧穿机制,建立了基于全隧穿机制的1／f噪声模型。主要工作如下:首先,研究了高k MOS器件隧穿低频噪声模型的发展现状。分析了直接隧穿噪声模型的建模思路、建立过程以及结合新型器件结构特性的一系列改进过程,并根据高k栅栈的结构特点以及缺陷特性,发现了现有模型的不足点。其次,研究了载流子的俘获发射过程对漏电流1／f噪声的影响,进一步研究了载流子交换过程中的隧穿机制,并结合理论和实验证明了共振隧穿机制的存在。建立了高k介质MOS器件缺陷与沟道共振隧穿交换载流子的物理模型,根据此物理模型建立了MOS器件双势垒结构共振隧穿系数数学模型和俘获时间常数的解析模型,并对模型进行了验证与讨论,计算出的时间常数所属范围与实际器件测量的1／f噪声换算出来的时间常数范围一致,以此证明了计算公式、栅栈势垒模型和计算方法的正确性。最后,提出了全隧穿噪声模型的建模思路,建立了包括直接隧穿和共振隧穿的高k MOS器件全隧穿机制噪声模型,为以噪声为工具表征和检测高k介质缺陷的特性奠定了理论基础。