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第1章 绪论1

1.1 引言1

1.2 MOSFET的按比例缩小2

1.3 栅介质的按比例缩小4

1.3.1 栅介质的漏电流和功率损耗5

1.3.2 SiO2的极限问题7

1.4 用高K材料代替SiO2作为栅介质的必要性及其特性需求8

1.4.1 高介电常数与高K/Si界面势垒9

1.4.2 高K材料与Si的热稳定性12

1.4.3 高K材料与Si的界面质量14

1.4.4 高K材料的薄膜形态15

1.4.5 工艺兼容性16

1.5 稀土高K栅介质材料17

参考文献18

第2章 薄膜的生长技术和表征技术21

2.1 锗硅的分子束外延生长技术21

2.1.1 分子束外延技术简介21

2.1.2 锗硅分子束外延系统22

2.1.3 硅衬底片的清洗24

2.1.4 锗衬底片的清洗25

2.2 表征技术25

2.2.1 反射式高能电子衍射25

2.2.2 俄歇电子能谱28

2.2.3 原子力显微镜31

2.2.4 X射线衍射32

2.2.5 X射线光电子能谱33

2.2.6 透射电子显微镜36

2.2.7 电学性质表征37

参考文献41

第3章 Er2O3薄膜的生长、结构及其物理性质43

3.1 单晶Er2O3薄膜在Si（001）衬底上的生长及电学性质43

3.1.1 单晶Er2O3薄膜的生长44

3.1.2 气压及衬底温度对薄膜生长的影响45

3.1.3 单晶Er2O3薄膜的电学性质50

3.2 单晶Er2O3薄膜在Si（111）衬底上的生长52

3.2.1 不同衬底对薄膜结晶度的影响52

3.2.2 不同衬底对薄膜表面形貌及界面的影响55

3.3 非晶Er2O3薄膜在Si（001）衬底上的生长及电学性质58

3.3.1 非晶Er2O3薄膜的生长59

3.3.2 组分与结构特性59

3.3.3 高真空退火样品的电学性质64

3.3.4 氧气氛退火对非晶Er2O3薄膜结构及电学性质的影响65

3.4 Er2O3薄膜的热稳定性71

3.4.1 气氛对Er2O3薄膜热稳定性的影响72

3.4.2 温度Er2O3薄膜热稳定性的影响75

3.4.3 衬底晶向Er2O3薄膜热稳定性的影响78

3.5 Er2O3/Si的能带偏移及漏电流输运机制80

3.5.1 Er2O3/Si的能带偏移80

3.5.2 A1（Pt）/Er2O3/Si结构的FN隧穿87

参考文献94

第4章 Tm2O3薄膜的生长、结构及其物理性质96

4.1 单晶Tm2O3薄膜在Si（001）衬底上的生长及物理性质96

4.1.1 单晶Tm2O3薄膜的生长96

4.1.2 单晶Tm2O3薄膜的微结构99

4.1.3 生长气压对薄膜微结构的影响101

4.1.4 单晶Tm2O3薄膜的电学性质102

4.1.5 单晶Tm2O3薄膜的热稳定性104

4.2 非晶Tm2O3薄膜在Si（001）衬底上的生长及电学性质107

4.2.1 非晶Tm2O3薄膜的生长107

4.2.2 非晶Tm2O3薄膜的电学性质110

4.3 Tm2O3/Si的能带偏移及漏电流输运机制113

4.3.1 Tm2O3/Si的能带偏移113

4.3.2 A1（Pt）/Tm2O3/Si结构的FN隧穿121

4.4 金属/Tm2O3/Si结构漏电流输运机制及能带图122

参考文献127

第5章 Er2O3薄膜在高迁移率衬底上的生长及物理性质129

5.1 Er2O3薄膜在Ge（001）衬底上的生长及电学性质129

5.1.1 Er2O3薄膜在Ge（001）衬底上的生长129

5.1.2 温度薄膜生长的影响130

5.1.3 温度对薄膜电学性质的影响134

5.2 Er2O3/Ge的能带偏移136

5.3 Er2O3薄膜的局域电学性质及退火对其影响139

5.3.1 Er2O3薄膜的形貌与局域电学性质139

5.3.2 氧气氛退火对薄膜局域电学性质的影响141

5.3.3 氮气氛退火对薄膜局域电学性质的影响147

5.3.4 退火前后形貌特征148

5.3.5 Er2O3薄膜的局域组分、结构与电学性质的关系155

参考文献164