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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