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由于Si基MOS器件的尺寸继续减小,从某种程度来说,SiO2/Si界面的优劣,决定了MOS器件工作特性的好坏,研究SiO2/Si界面及缺陷性质以提高SiO2/Si界面的质量,对提高超薄栅MOS器件的可靠性是很有价值的。当常规的实验手段不能很好地诠释微纳级器件的某些性质时,通过建立SiO2/Si原子模型,利用计算机模拟是研究界面结构对MOS器件性能影响的重要方法,然而人们建立c-SiO2/Si模型时仍存在一些问题,因此本文主要研究a-SiO2/Si结构建模方法、a-SiO2/Si与c-SiO2/Si结构性质及不同缺陷对二者光电特性影响的对比、界面过渡区对超薄栅MOS器件栅泄漏电流的影响。建立a-SiO2/Si原子结构模型的方法研究。首先分析SiO2/Si界面的结构组成及常见Si原子缺陷,明确建模要求;在对比常见建模方法优缺点的基础上,确立建模理论基础是将分子动力学仿真和密度泛函优化相结合,并讨论其基本理论,重点阐述相关参数的意义及在仿真中的应用。然后针对SiO2/Si界面各层结构之间的差异,在建模理论的基础上,研究逐层建立a-SiO2/Si模型的方法,并研究用α-quartz建立非晶SiO2的方法及常用的界面拓扑结构,且完整地描述了建模的思路、流程及关键问题,分析优化建模中的关键参数,如截断能,k-piont等。c-SiO2/Si(001)模型与a-SiO2/Si(001)模型光电性质的对比研究。通过建立这两种模型并计算二者光电性质的异同,结果表明,两模型的禁带宽度基本相等,但由于非晶态SiO2的引入使a-SiO2/Si的禁带中出现两个由Si 3p轨道形成的缺陷能级,使其介电和吸收系数在波长大于300nm时都比c-SiO2/Si(001)模型大。对比研究a-SiO2/Si(001)和c-SiO2/Si(001)模型中常见的Si原子缺陷对二者光电性质影响。通过在无缺陷的模型中建立水平悬挂键、Pb0缺陷和纵向悬挂键,计算缺陷被H原子钝化前后模型性质的变化。结果表明Si的成键缺陷会使两种结构的能带向能量低的方向移动,禁带减小,并在禁带中产生缺陷能级,但是对a-SiO2/Si(001)的影响更大;同时缺陷会增大波长大于600nm时两种结构的吸收系数,且水平悬挂键和Pb0的影响比纵向悬挂键更大;a-SiO2/Si(001)中的缺陷还会使它的吸收系数在波长250nm-350nm内变大。H钝化a-SiO2/Si(001)中水平悬挂键和Pb0缺陷,可以消除缺陷引入的能级,及在波长大于600nm时对吸收系数的影响,同时增大其在250nm-350nm内的吸收系数,但H钝化靠近SiO2一侧的纵向悬挂键会减小a-SiO2/Si(001)在这一范围内的吸收系数;而c-SiO2/Si(001)中的Pb0被H原子钝化之后,并没有消除Pb0对其能带及吸收系数的影响。研究SiO2/Si界面亚氧化硅原子对超薄栅MOS器件可靠性的影响。通过建立界面突变型和存在过渡区的a-SiO2/Si模型并计算二者的能量及穿过SiO2层的隧穿电流,结果表明界面过渡区中亚氧化硅原子减少了应变Si-Si键的数量而提高器件的稳定性,但会使得穿过薄SiO2层的隧穿电流增大约13倍。本文提出a-SiO2/Si结构的建模方法可以依据不同建模要求建立多种SiO2/Si模型,还可以用于建立高K/Si模型,对从理论上研究超薄栅MOS界面可靠性有一定的参考价值。