稀土基高k栅介质/钝化层/InP叠层栅构筑及其物性研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51872186
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0207.无机非金属半导体与信息功能材料
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

With the development of microelectronic technology, the research of high-k gate dielectric on Si substrate is nearly mature. The growth and physical property researches of high-k material on the Ⅲ-Ⅴ group compound semiconductor InP substrate have become one of the recent research hotspots. Er2O3 and Tm2O3 are two of the best thermal stability among the rare earth oxides, and they are expected to be a high-k gate dielectric material matching InP substrate. However, so far, the growth and physical properties of Er2O3 and Tm2O3 films on InP substrate have not been studied. In this project, Er2O3 and Tm2O3 high k gate dielectric films will be prepared by atomic layer deposition or molecular beam epitaxial system on InP substrate, respectively. The dielectric properties will be improved through the doping of rare earth element Ce. The interface state will be eliminated by using the self-cleaning effect of Al2O3 passivation layer, and to reduce the effect of Fermi-pinning effect on carrier transport rate. The high-k/passivation layer/InP gate stack structure will be constructed. The leakage-current mechanism of rare earth oxide film on InP substrate will be proposed. The whole band alignment of metal/Er2O3(Tm2O3)/InP will be obtained. At last, the dispersion mechanism of high-k gate dielectric on InP substrate will be revealed. The successful implementation of this project will provide excellent candidate materials and theoretical guidance for the application of high-k gate dielectric on InP substrate.
随着高k栅介质在Si衬底上的研究几近成熟及微电子技术进一步发展的要求,高k材料在Ⅲ-Ⅴ族化合物InP衬底上的生长及特性研究已经成为近期的研究热点之一。Er2O3、Tm2O3作为稀土氧化物中热稳定性最好的两种,有望成为与InP衬底相匹配的高k栅介质材料。但到目前为止,InP衬底上Er2O3、Tm2O3薄膜的生长及物理特性还缺乏必要的研究。本项目将利用原子层沉积和分子束外延系统分别在InP衬底上制备Er2O3、Tm2O3高k栅介质薄膜,通过稀土元素Ce掺杂提高其介电性能,利用Al2O3钝化层的自清洁效应消除界面态,降低费米钉扎对载流子传输速率的影响,构筑高k栅/钝化层/InP叠层结构。提出稀土氧化物薄膜在InP衬底上漏电流产生机制,获得金属/Er2O3(Tm2O3)/InP的全能带排列,揭示InP衬底上高k栅介质的频散机制,为高k栅介质在InP衬底上的应用提供优异的候选材料和理论指导。

结项摘要

随着高k栅介质在Si衬底上的研究几近成熟及微电子技术进一步发展的要求,高k材料在Ⅲ-Ⅴ族化合物InP衬底上的生长及特性研究已经成为近期的研究热点之一。本项目研究中,我们先在Si上进行磁控溅射Er2O3的探索,成功得到性能优良的Er2O3薄膜,并且在Al2O3/Er2O3/Si结构下进行450℃退火得到了在Si基上最佳性能。样品获得了较小的氧化电荷密度(-1.20×10E12cm-2),较小的边界陷阱密度(-2.74×10E10cm-2)、最大的介电常数(15.8)、最小的迟滞电压(0.005 V)和较小的漏电流密度(3.68×10E-10A/cm2)。.接下来,我们基于稀土氧化物高k栅介质和三五族衬底InP结合形成的性能优异的MOS电容器。利用原子层沉积(ALD)制备了不同的钝化层层叠结构。研究对HfDyOx/Ge叠层栅的界面特性的调控,得到了最佳的ALD钝化层的制备工艺。在使用不同厚度 Al2O3 钝化层来调控Er2O3/Al2O3/InP叠层MOS器件界面时,发现1.45 nm 厚度的 Al2O3 钝化层对性能的提升效果最好,介电常数获得从14.6 到 20.5的提升,同时漏电流密度从 7.4×10E-5 A/cm2下降到4.2×10E-6 A/cm2。界面态密度从1.30×10E12 eV-1cm-2下降到 7.27×10E11 eV-1cm-2。从而证明了ALD钝化层工艺的有效性。.为了提高栅介质的介电常数,本项目还尝试了通过和Ti共溅获得高性能的三元氧化物栅介质的方法,得到了一种性能优越的ErTixOy三元氧化物栅介质,它同时具备大介电常数和低漏电特性以及良好的击穿特性,对 CMOS 器件新型栅介质的开发探索具有重大意义。.在本研究的资助下,我们对InP上Sm2O3的制备,和Yb2O3的相关制备也进行了相关研究,均表现出不错的应用潜能。.本项目相关研究成果已发表SCI论文16篇,获得授权发明专利9项。本项目的顺利实施将为高k栅介质在InP衬底上的应用提供优异的候选材料和理论指导。

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(9)
Bi and Al co-doped anatase titania for photosensitized degradation of Rhodamine B under visible-light irradiation
Bi、Al共掺杂锐钛矿二氧化钛在可见光照射下光敏降解罗丹明B
  • DOI:
    10.1016/j.ceramint.2021.06.246
  • 发表时间:
    2021-06
  • 期刊:
    Ceramics International
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Shunhang Wei;Jian Gao;Pingru Wu;Bo Yao;Haitao Xu;Yongsheng Tan;Shiyan Liu;Rong Wu;Yawei Wang;Lei Wang;Zebo Fang;Qifeng Liang
  • 通讯作者:
    Qifeng Liang
Interface Chemistry Evolution and Leakage Current Conduction Mechanism Determination in Rare-Earth-Doped Hf-Based Gate Dielectrics
稀土掺杂铪基栅极电介质的界面化学演化和漏电流传导机制测定
  • DOI:
    10.1109/ted.2021.3130501
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Electron Devices
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Wenjun Liu;Gang He;Die Wang;Hai Yu;Qian Gao;Yanmei Liu;Zebo Fang
  • 通讯作者:
    Zebo Fang
Dye-sensitized Bi2MoO6 for highly efficient photocatalytic degradation of levofloxacin under LED light irradiation
染料敏化 Bi2MoO6 在 LED 光照射下高效光催化降解左氧氟沙星
  • DOI:
    10.1016/j.mtsust.2022.100311
  • 发表时间:
    2022-12
  • 期刊:
    Materials Today Sustainability
  • 影响因子:
    7.8
  • 作者:
    Shunhang Wei;Shiyan Fan;Minghao Zhang;Jun Ren;Bo Jia;Yawei Wang;Rong Wu;Zebo Fang;Qifeng Liang
  • 通讯作者:
    Qifeng Liang
Gold nanoparticles-decorated N,N'-dioctyl-3,4,9,10-perylene tetracarboxylic diimide active layer towards remarkably enhanced visible-light photoresponse of an n-type organic phototransistor
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  • DOI:
    10.1016/j.tsf.2020.138478
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Thin Solid Films
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Haonan Wang;Yan Li;Bo Yao;Haitao Xu;Shiyan Liu;Yongsheng Tan;Xiao Luo;Cuilu Xi;Xinfei Wu;Yifan Zhang;Jie Deng;Zebo Fang
  • 通讯作者:
    Zebo Fang
电极肖特基接触对有机光敏晶体管性能的影响
  • DOI:
    10.3788/fgxb20204103.0316
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    发光学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王浩楠;岳小峰;徐海洋;申一凡;张忠文;顾宇婷;方泽波;徐海涛;李琰;姚博
  • 通讯作者:
    姚博

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其他文献

Er_2O_3栅介质积累端电容频率色散效应的研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
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    功能材料
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  • 作者:
    姚博;方泽波;朱燕艳;陈圣;李海蓉
  • 通讯作者:
    李海蓉
{010} oriented Li1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2@C nanoplate with high initial columbic efficiency
具有高初始库伦效率的{010}取向Li1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2@C纳米板
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    SaidAmzil;张祎;邱天培;江斐;饶辉;方泽波;黄俊杰
  • 通讯作者:
    黄俊杰
基于时域有限差分法的选择性辐射器的光学性质研究
  • DOI:
    10.16540/j.cnki.cn11-2485/tn.2018.05.12
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  • 通讯作者:
    方泽波
Pt/Yb_2O_3/Pt的阻变性质
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
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  • 作者:
    张智方;赵霜;方泽波;朱燕艳
  • 通讯作者:
    朱燕艳
X射线光电子能谱法研究In_(0.53)Ga_(0.47)As基Er_2O_3薄膜的能带排列
  • DOI:
    10.13250/j.cnki.wndz.2019.07.011
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    微纳电子技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    潘小杰;徐海涛;姚博;朱燕艳;曾丽雅;方泽波
  • 通讯作者:
    方泽波

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太阳能热光伏用稀土氧化物选择性辐射体的制备及物性研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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