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近年来,随着Si基MOS器件逐渐接近其物理极限,以In Ga As,Ga As为代表的高迁移率的III-V族化合物半导体受到极大的关注。然而,一种材料的体迁移率高并不严格意味着这种材料用作MOSFET的衬底时沟道反型层载流子迁移率就高。因此,建立In Ga As n MOSFETs沟道反型层电子迁移率模型,对散射机制进行分析,并对结构和物理参数的影响进行讨论是十分必要的。另一方面,由Ga As表面本族氧化物导致的高k栅介质与Ga As之间界面质量差的问题也亟待解决。本文主要就上述两个方面的问题进行工作。理论方面,首先通过考虑体散射、界面电荷的Coulomb散射以及Al2O3/Inx Ga1-x As界面粗糙散射三种主要散射机制,建立了Al2O3/Inx Ga1-x As n MOSFETs的半经验电子迁移率模型。模拟分析表明,沟道有效电场较弱时,沟道反型层电子迁移率取决于界面电荷的Coulomb散射,而强场下,主要取决于界面粗糙散射。在此基础上,进一步研究了远程Coulomb散射以及远程界面粗糙散射对堆栈高k栅介质In Ga As n MOSFETs反型沟道载流子迁移率的影响。仿真结果显示,随着界面粗糙度增加,电子迁移率减小,并且当相关长度接近热德布罗意波长时,远程界面粗糙散射最强烈,μrcs随着高k栅介质层的介电常数增加而增加,μrirs减小,而钝化层介电常数对这两者的影响刚好相反;较厚的钝化层和高k栅介质层有利于提高μrirs和μrcs,但为了得到小的EOT,需减小它们的厚度,因此要折衷考虑。实验方面,研究了使用不同气体如NH3、N2对Ga As表面进行等离子体处理对La YON/Ga As、La ON/Ga As MOS器件电特性的影响。结果表明,使用NH3等离子体处理的方法能够有效抑制Ga As表面本族氧化物的生成,减小界面态,明显改善器件电特性;而对比La YON与La ON不同高k栅介质发现,La YON作为高k栅介质可以减小界面态密度,改善La YON/Ga As界面特性及器件电特性。在此基础上,以Ga As/La YON/La ON堆栈栅介质Ga As MOS器件为对象,比较研究了NH3等离子体处理Ga As表面,或La YON表面,或La ON表面对器件界面质量和电特性的影响。结果表明,在La YON钝化层淀积后再进行NH3表面预处理的样品具有良好的C-V特性、较小的栅极漏电流(7.1×10-4A/cm-2@Vfb+1V)以及较低的界面态密度(禁带中间附近为3.10×1012 e V-1cm-2)。分析其机理在于,对La YON表面进行NH3等离子体处理能够有效减少Ga As表面的本族氧化物,并能修复La YON淀积过程中造成的晶格损伤。