论文部分内容阅读
集成电路按照摩尔定律和按比例缩小的规律持续发展。在器件小型化的过程中,出现了许多新的问题。其中,纳米MOSFET的关键可靠性问题：偏压温度不稳定性(Bias Temperature Instability或BTI),便是其中之一。另外,传统Si工艺正在接近物理极限。因此,各种新型电子器件应运而生。其中,基于碳纳米管网络的薄膜晶体管(Carbon Nanotube Network-based Thin-Film Transistors或CNN-TFTs)以其优良的电学性能、工艺可控性和独特的柔性引起了广泛关注。随着新材料、新工艺和新器件的开发,传统的电学测量手段在纳米器件的研究中也面临很多新的问题,例如BTI中恢复效应的准确表征,目前在国际上尚未很好地解决。除此之外,对新型纳米器件CNN-TFT的电学特性如栅电容和迁移率也缺乏深入的研究。本论文针对新型纳米器件的制备、表征方法、电学特性以及可靠性展开前瞻性的研究。具体内容包括：(1)针对纳米MOSFET中BTI效应的恢复现象,我们建立了快速脉冲ID-VG测量(Fast Pulsed Measurement或FPM)系统,用于表征应力过程中的阂值电压漂移(△Vt)；发展了改进的电荷泵(Modified Charge Pumping或MCP)方法,用于准实时地测量应力下产生的界面态(△Nit)。(2)结合上述新型测量方法,我们系统地研究了纳米MOSFET的BTI效应,包括pMOSFET的NBTI、pMOSFET的PBTI、nMOSFET的NBTI和nMOSFET的PBTI效应。(3)我们采用滴涂工艺和光刻技术,制备了CNN-TFTs.并且结合交变脉冲ID-VG和C-V测量方法,系统地研究了CNN-TFT的栅电容和转移特性。论文工作的主要结果有：(1)结合FPM和MCP两种方法,我们定量地区分了各种不同应力条件下,纳米MOSFET中界面态和氧化层电荷对BTI的贡献。(2)我们发现在BTI中,除了界面态的影响,氧化层电荷的俘获/释放效应也很重要,在建立BTI模型中必须加以考虑。(3)结合交变脉冲ID-VG和C-V测量,我们获得了无电滞特性的CNN-TFT的转移曲线,给出了器件栅电容随碳纳米管密度的变化关系。在此基础上,建立了一种提取CNN-TFT沟道迁移率的新的方法。论文工作为新型纳米器件的制备、电学表征、特性分析和可靠性研究提供了新的方法、模型和结果,对新型纳米器件的研究开发具有重要的科学意义和应用价值。