导　　师： 陈坤基

学科专业： H0903

授予学位： 硕士

作　　者： ;

机构地区： 南京大学

摘　　要： 在过去的几十年里，微电子技术发展迅猛，到如今，它已成为当代计算机技术、通讯技术、自动控制技术等新兴技术的基础。随着微电子技术的发展，微电子器件的集成度不断提高，器件尺寸不断缩小，已进入纳米电子学的领域。纳米器件不仅仅是在尺寸上的缩小，更为重要的是，它的工作将基于器件的量子特性，其功能也因而获得突破性的改变。而纳米硅(NE-SI)双势垒结构的材料、工艺与现代微电子技术的高度兼容，具有广泛的应用前景，从而引起世界范围的广泛关注。本文采用LBL(LAYER BY LAYER)的方法生长NC-SI层，用A-SINX做势垒层材料，制备了A-SINX/NC-SI/A-SINX双势垒结构，利用C-V方法研究了其电荷存储特性。 在制备双势垒结构之前，为寻求制各性能良好的纳米厚度氮化硅(SINX)薄膜的方法，采用NH3等离子体氮化、SIH4/NH3等离子增强化学淀积(PECVD)法及先氮化后淀积的方法制备了三种SINX薄膜，研究比较了三种薄膜的性质。用X射线光电子谱(XPS)检测了NH3等离子体氮化SI片得到的SINX薄膜的组分，利用椭圆偏振光谱仪测量薄膜厚度，估算了氮化速率。用NH3和SIH4作为反应气，分别在原始硅片和经过NH3预氮化后的硅片上淀积厚度为5 NM、10 NM和50 NM的SINX薄膜。用C-V方法研究了薄膜样品的电学性质，发现单纯用NH3等离子体氮化的薄膜不适合做介质膜，而先用NH3氮化再淀积SINX的样品比直接淀积SINX的样品界面性能明显改善，界面态密度降低了约一个数量级，达到1～2×1011 EV-1CM-2。且Ⅰ-Ⅴ测试显示，先用NH3氮化再淀积SINX的薄膜具有较高的击穿场强(8MV/CM)，与高温热氧化制备的高SIO2质量相当，能够满足纳米器件中隧穿介质层的要求。 我们利用PECVD系统，用NH3等离子体氮化，淀积A-SINX介质膜和用SIH4/H2原位LAYER BY LAYER淀积的方法在P型(100)单晶SI衬底上制备了A-SINX/NC-SI/A-SINX双势垒结构的样品。利用AFM观测到NC-SI晶粒密度约为1.2×1011 CM-2，通过RAMAN散射谱得到薄膜中的平均晶粒尺寸约为6NM，NC-SI层的晶化比约46％。制备了不同SINX层厚度的A-SINX/NC-SI/A-SINX双势垒结构样品，利用C-V方法研究比较了不同隧穿层及栅介质层厚度样品的电荷存储性质。在不同SINX层厚度的样品中都观察到了由于NC-SI颗粒引起的电荷存储效应，表现为C-V曲线的逆时针迴滞。对于隧穿层厚(5NM)的样品，由于电荷进出纳米硅颗粒相对困难，因丽C-V曲线的迴滞比较小：而隧穿层薄(2NM)的样品，则有较大的迴滞。通过对加恒定电压后再观察其C-V平带电压移动的实验表明隧穿层厚(5NM)的样晶对注入其中的电荷能保持较长时间(≥10分钟)；而对于隧穿层薄(2NM)的样品，电荷保存时间很短(≤1分钟)。而在不含NC-SI颗粒的MIS结构和A-SINX/A-SI/A-SINX双势垒结构的样品中都没有看到迴滞或平带电压的移动。 对于栅介质层和隧穿层淀积SINX厚度分别为的10NM，2NM的样品，在低频的C-V特性中，观察到了与共振隧穿效应有关的电容峰。但是，我们没有观察到分立的电容峰结构，只看到了单个扩展的电容峰，分析认为是因为样品中的NC-SI颗粒尺寸均匀性不够理想，各个量子点的能级相互交叠导致。

关 键 词： 纳米硅量子点 双势垒结构 电荷存储 法 氮化硅薄膜 系统 共振隧穿效应

分 类 号： [TN304.24 TN386.3]

领　　域： [电子电信] [电子电信]