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根据摩尔定律,集成电路的集成度得以不断提高是因为特征尺寸的不断缩小,但是Si基器件逐渐达到了极限,并且出现一系列可靠性问题急需解决。为了延续摩尔定律,拥有高电子迁移率的GaAs衬底材料被用来取代传统的Si衬底材料,并且高K介质也备受人们关注。但是,高K介质与GaAs衬底之间晶格的不匹配等因素导致的界面态密度过大这一问题,会严重影响到沟道载流子的迁移率,这对于GaAs MOSFET的实际应用是一个巨大的挑战。相比于传统的薄膜淀积方式(如MOCVD、MBE等),原子层淀积(ALD)方式淀积的介质薄膜具有致密性好、表面粗糙度低、厚度可精确控制等特点。随后在结合ALD的基本原理和特点以及背面欧姆接触的制备方法的基础上,详细介绍了HfAlO(4:1)、HfO2/Al2O3和HfO2作为栅介质的GaAs MOS电容的制备流程。本文使用高频C-V法从1MHz的C-V曲线中提取了HfAlO(4:1)、HfO2/Al2O3和HfO2三组样品的界面态密度,XPS测试的结果表明HfO2/Al2O3的界面态密度最小,约为8.12×1012eV-1cm-2,同时HfAlO(4:1)的界面态密度比HfO2小。从XPS测试的结果发现三组样品在经历了500℃的PDA后,高K栅介质与GaAs界面处的As2O3和As2O5含量都很低。这是因为Al2O3的前驱体可以减少As2O3的含量,并且吉布斯自由能较高的As2O3会在高温退火的过程中会转换为吉布斯自由能较低的Ga2O3,从而使得Ga2O3成为了界面态的主要成分。同时氧气与水汽在Al2O3中的扩散系数比HfO2小,从而Al2O3能更有效地抑制界面处氧化物的再生长。因此HfO2/Al2O3的界面态密度比HfAlO(4:1)小,而HfO2则因为不具备Al2O3的界面钝化作用而使得其界面态密度过大。为了比较栅介质本身的质量,本文对三组样品进行了I-V测试。结果发现HfAlO(4:1)的栅极漏电流小于HfO2/Al2O3,其原因是HfO2/Al2O3的HfO2与Al2O3间存在大量的界面陷阱电荷,这些界面陷阱电荷会导致HfO2/Al2O3的栅极漏电流的增大。而HfO2则因为过大的界面态密度而使得其栅极漏电流最大。HfAlO(4:1)不但具有比HfO2更小的界面态密度,同时与HfO2/Al2O3和HfO2相比,其等效氧化层厚度、频散和栅极漏电流都较小。因此HfAlO(4:1)综合了Al2O3和HfO2的特点,在获得较低的界面态的同时,还能保证介质本身的质量,从而十分适合作为GaAs MOSFET的栅介质。