高K栅介质材料与器件集成

基于目前微电子集成电路工艺的快速发展及面临的技术瓶颈，卡脖子技术亟待解决。国内集成电路及材料相关的人员出现很多断层，与国外的差距在不断增加。尤其在后摩尔器件时代，我们必须迎头赶上，在器件集成领域应缩小与国际同行的差距。国内的高校承担着培养未来微电子领域拔尖人才的重任，但在此领域，我们缺少系统的介绍高k栅介质与器件集成的教材，出版与编著该类教材迫在眉睫。该教材的出版，应该能弥补国内教材在该领域的空白，国内的985和211高校的本科生及研究生应该是该教材的大量使用户，还有相关的企业公司的工程师也需要该类的教材。

本书旨在向材料及微电子集成相关专业的高年级本科生、研究生及从事材料与器件集成行业的科研人员介绍栅介质材料制备与相关器件集成的专业技术。本书共10章，包括了集成电路的发展趋势及后摩尔时代的器件挑战，栅介质材料的基本概念及物理知识储备，栅介质材料的基本制备技术及表征方法；着重介绍了栅介质材料在不同器件中的集成应用，如高κ与金属栅、场效应晶体管器件、薄膜晶体管器件、存储器件及神经形态器件等。本书包含栅介质材料的基本制备技术，同时突出了栅介质材料在器件应用中的优选性和前沿性，反映了后摩尔时代器件集成的近期新研究进展，是理论与实践应用的有机结合。本书可以作为高等院校材料科学与工程、集成电路、微电子及物理等专业的高年级本科生、研究生的教材和参考书，也可供从事微电子及半导体集成科研人员和工程技术人员参考。

何刚, 1997～2001 安徽大学物理系电子材料与元器件专业 (本科)， 2001～2006 中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所(硕博连读) ， 2007～2009 日本东京大学工学部应用化学系，日本学术振兴会(JSPS)博士后研究员， 2009～2011 日本国家物质材料研究所优选电子材料研究中心高级研究员， 2011～现在 安徽大学材料科学与工程学院教授，安徽省“皖江学者”特聘教授，博导；曾主编英文专著"High-k gate dielectric for CMOS technology (wiley-vch)"。

第1章绪论
1.1引言
1.2集成电路发展及趋势
1.2.1集成电路的介绍
1.2.2集成电路的现状
1.2.3集成电路的发展趋势
1.2.4我国集成电路产业前景展望
1.3后摩尔时代新材料、新技术及新挑战
1.3.1工艺新材料
1.3.2新器件结构
1.3.3工艺新技术
1.3.4后摩尔时代集成电路展望与挑战
课后习题
参考文献
第2章高κ栅介质的物理基础
2.1高κ栅介质的基本概念及优势
2.1.1高κ栅介质的引入
2.1.2高κ栅介质的优势
2.2高κ栅介质的结构调控及理论机制
2.2.1高κ栅介质的MOS电容结构
2.2.2高κ栅介质的理论机制
2.3高κ栅介质的选择要求
2.4高κ栅介质的分类及特点
2.4.1硅的氮（氧）化物及其特点
2.4.2ⅢA族金属氧化物
2.4.3ⅣB族和ⅤB族过渡金属氧化物
2.4.4ⅢB族稀土金属氧化物
2.5高κ栅介质面临的问题和挑战
课后习题
参考文献
第3章高κ栅介质的制备及表征
3.1高κ栅介质材料的制备
3.1.1真空蒸镀法
3.1.2磁控溅射法
3.1.3原子层沉积法
3.1.4分子束外延法
3.1.5脉冲激光沉积法
3.1.6溶液基制备方法
3.2高κ柵介质性能的表征
3.2.1光学性能的表征
3.2.2热重性能的表征
3.2.3结晶性能的表征
3.2.4化学局域态的表征
3.2.5表面形貌的表征
3.2.6界面微结构的表征
3.2.7润湿性能的表征
课后习题
参考文献
第4章稀土基高κ栅介质及MOS器件集成
4.1稀土简介
4.1.1稀土元素、分类及资源现状
4.1.2稀土特性
4.1.3稀土与微纳电子制造
4.2稀土基高κ栅介质
4.2.1稀土基高κ栅介质优势
4.2.2稀土基高κ栅介质存在的问题
4.3稀土基高κ栅介质研究现状
4.3.1单一稀土氧化物高κ栅介质
4.3.2掺杂改性稀土基高κ栅介质
4.3.3稀土氮氧化物高κ栅介质
4.3.4叠层复合稀土基高κ栅介质
4.4稀土基高κ栅介质的界面调控
4.4.1稀土基高κ栅介质的界面问题
4.4.2稀土基高κ栅介质的界面调控措施
4.5稀土基高κ栅介质MOS器件漏电机制
4.5.1肖特基发射
4.5.2P F发射
4.5.3F N隧穿
4.5.4直接隧穿
课后习题
参考文献
第5章硅基高κ栅介质和金属栅极集成
5.1MOSFET器件的微缩和性能改进
5.2应用于亚0.1μm MOS器件栅叠层的栅介质材料所面临的迫切问题
5.2.1SiO2栅介质
5.2.2多晶硅电极
5.3应用于亚0.1μm MOS器件栅叠层的栅介质材料
5.3.1高κ栅介质
5.3.2金属栅电极
5.4高κ/金属栅结构MOS器件可靠性问题
5.4.1阈值电压的温偏不稳定性
5.4.2热载流子注入
5.4.3时变击穿特性
5.4.4应力诱生的栅极漏电流
课后习题
参考文献
第6章高κ栅介质与高迁移率场效应器件集成
6.1场效应晶体管
6.1.1场效应晶体管的分类
6.1.2金属氧化物半导体场效应晶体管
6.1.3栅 源电压VGS对ID及沟道的控制作用
6.1.4漏 源电压VDS对ID及沟道的影响
6.1.5特性曲线和电流方程
6.2高迁移率场效应晶体管
6.3Ge基场效应器件
6.3.1金属/Ge界面费米能级钉扎
6.3.2Ge沟道场效应晶体管的源漏问题
6.3.3Ge沟道场效应晶体管的MOS界面
6.4GaAs基场效应晶体管
6.4.1GaAs场效应晶体管的发展历程
6.4.2GaAs场效应晶体管栅介质的选择
6.4.3GaAs表面钝化技术
6.5其他高迁移率场效应晶体管
6.5.1InP场效应晶体管
6.5.2GaN场效应晶体管
6.5.3SiC场效应晶体管
6.6高迁移率场效应器件的优势与挑战
课后习题
参考文献
第7章高κ栅介质与金属氧化物薄膜晶体管器件集成
7.1薄膜晶体管
7.1.1TFT发展历程
7.1.2TFT结构及工作原理
7.1.3TFT器件电学特性曲线及参数提取
7.1.4TFT与MOSFET的比较
7.2金属氧化物薄膜晶体管
7.2.1硅基薄膜晶体管
7.2.2氧化物薄膜晶体管
7.2.3α-IGZO半导体的导电机制
7.2.4α-IGZO TFT研究现状
7.3基于高κ栅介质的MOTFT
7.3.1MOTFT中的绝缘栅介质
7.3.2传统SiO2栅介质面临的困境
7.3.3MOTFT中的高κ栅介质
7.4高κ栅介质在MOTFT中的应用
7.4.1基于氮化物高κ栅介质的MOTFT
7.4.2基于金属氧化物高κ栅介质的MOTFT
7.4.3基于钙钛矿高κ栅介质的MOTFT
7.4.4基于聚合物、电解质及混合电介质等高κ栅介质的MOTFT
课后习题
参考文献
第8章高κ栅介质与垂直有机场效应晶体管集成
8.1引言
8.2VOFET——肖特基势垒晶体管
8.3器件结构
8.3.1不连续金属源极
8.3.2图案化金属源极
8.3.3碳纳米管源极
8.3.4MXene源极
8.4工作原理
8.5材料选择与制备工艺
8.5.1栅介质层
8.5.2电极
8.5.3有机半导体层材料
8.5.4制备工艺
8.6VFET的相关应用
8.6.1垂直有机发光晶体管
8.6.2柔性电子与逻辑电路
8.6.3有机存储器件
8.6.4人工神经突触应用
课后习题
参考文献
第9章高κ栅介质与存储器件集成
9.1存储器件的分类
9.2浮栅型存储器
9.2.1浮栅型存储器的历史发展
9.2.2浮栅型存储器基本原理
9.2.3高κ材料在浮栅型存储器中的应用
9.2.4浮栅型存储器的保持与耐受特性
9.3动态随机存储器
9.3.1动态随机存储器基本原理
9.3.2DRAM存储器的电容单元
9.4铁电存储器
9.4.1铁电材料基本特性及历史发展
9.4.2铁电存储器分类
课后习题
参考文献
第10章高κ栅介质与神经形态器件集成
10.1神经形态计算概述
10.2神经生物学简介
10.2.1神经元及突触结构
10.2.2神经元信息整合功能
10.2.3突触可塑性
10.3高κ介电突触器件
10.3.1阻变存储器与忆阻器简介
10.3.2基于高κ介质的两端突触器件
10.3.3基于高κ介质的三端晶体管突触器件
10.4高κ介电神经元器件
10.4.1神经元模型简介
10.4.2基于高κ介质的神经元器件
课后习题
参考文献