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中科院高介电常数薄膜材料研究取得进展

来源:未知 编辑:admin 时间:2019-06-18

  《科学时报》讯(记者张璋)日前,两种高K薄膜材料:铝酸镧(LAO)和镧铝氧氮(LAON)公之于众。作为二氧化硅的潜在替代品,两种材料可使半导体器件的尺寸在缩小到65纳米或更小时,继续遵从“摩尔定律”,在对现有设备进行一定工艺流程改造后,生产出更小、更快的芯片。

  两种材料优异性能的发现,由摩托罗拉中国研究院、中国科学院物理研究所和南京大学共同研究取得;它们将作为金属氧化物半导体场效应管器件一种新的栅介质(绝缘层)获得应用。

  众所周知,半导体集成电路的发展,以器件尺寸越来越小为显著趋势。但晶体管器件尺寸缩小到亚微米级(小于0.1微米)之后,二氧化硅这一传统材料不可避免地达到了自身物理极限。如果要生产径长65纳米的晶体管器件,二氧化硅层的厚度必须小于2纳米,由于隧穿电流的出现,这样的器件是无法使用的。因此,寻找新的栅介质材料成为半导体工业亟待解决的难题。

  之前工业界考虑的很多材料中,氧化物薄膜材料通常具有较高的介电常数,但大多数要么热力学不稳定,要么伴随硼或磷掺杂剂的扩散问题,实际应用受到很大限制。然而此次发现的铝酸镧和镧铝氧氮,在所有候选高介电常数材料中具有最好的热稳定性,可以很经济地集成到传统半导体工业中。

  近几年来,中科院物理所的CL03研究组在氧化物单晶薄膜、超薄膜、超晶格的外延生长机理、微结构和物性等研究中取得很大成绩。2000年6月,该研究组与Motorola电子有限公司数字基因实验室(中国部)签订了“Si基上外延高K氧化物薄膜研究”的合作项目,同时相关研究还获得了中国科学院知识创新工程项目的支持。项目执行两年来,该组陈正豪、吕惠宾等人解决了有效清除Si(100)衬底上SiO2、控制生长过程中的氧化与扩散、降低薄膜漏电流以及MOS电容器件工艺与测量等诸多问题,取得突破性进展。

  摩托罗拉副总裁丹·莫甘伯博士以及中科院物理研究所陈正豪教授一致认为,中科院与世界知名产业集团公司的这一合作模式,“是一种双赢的模式”。

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