高κ栅介质/III-V族半导体界面元素扩散的表征及钝化研究

High mobility III-V compound semiconductors are strong contender for future generation metal oxide field effect transistors (MOSFET). The interface quality of III-V compound semiconductors with high-κ dielectrics is still challenging to date. The In diffusion from InP to high-κ films have been reported, which is correlated to the devices performance degradation. Therefore, the details of In diffusion at the interface can help understand the diffusion mechanism. This proposal will trace isotope at the InP/high-k interface to understand the diffusion mechanism. This work will study InAs, InSb, and GaP to analysis the similarity in the diffusion details. A surface passivation by N2 plasma will also be carried out to decrease the in diffusion. The fundamental investigation to elemental diffusion from III-V/high-κ interfaces will impact on the understanding the diffusion mechanism, shed light to improve the thermal stability and reliability of the devices upon operation, as well as for the pavement for the application of III-V materials for logic devices.

高电子迁移率的III-V族半导体有望取代硅，作为下一代金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的沟道材料应用于超大规模集成电路上。目前技术上最大的难题之一就是如何提高III-V族半导体与高κ栅介质接触的界面质量。InP/高κ栅介质界面In元素在退火条件下扩散到栅介质表面，而导致器件电学性能降低。本工作将利用同位素追踪的方法帮助理解界面元素扩散的机制；对含In的III-V族半导体(InAs, InSb)和 GaP与高κ介质的热稳定性的对比性研究将总结界面元素扩散的规律；尝试利用氮气等离子预处理来抑制界面元素扩散，并研究此钝化工艺是否能提高电学性能。对III-V/高κ界面的元素扩散研究将对加深理解和改进界面的热稳定性，并提高基于III-V族半导体器件的运行可靠性，为III-V族半导体在逻辑电路的应用奠定基础。

高电子迁移率的III-V族半导体有望取代硅，作为下一代金属氧化物半导体场效应晶体管 （MOSFET）的沟道材料应用于超大规模集成电路上。目前技术上最大的难题之一就是如何提高 III-V族半导体与高κ栅介质接触的界面质量。InP/高κ栅介质界面In元素在退火条件下扩散 到栅介质表面，而导致器件电学性能降低。本工作将利用同位素追踪的方法帮助理解界面元素 扩散的机制；对含In的III-V族半导体(InAs, InSb)和 GaP与高κ介质的热稳定性的对比性研 究将总结界面元素扩散的规律；尝试利用氮气等离子预处理来抑制界面元素扩散，并研究此钝 化工艺是否能提高电学性能。对III-V/高κ界面的元素扩散研究将对加深理解和改进界面的热 稳定性，并提高基于III-V族半导体器件的运行可靠性，为III-V族半导体在逻辑电路的应用奠 定基础。