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Gd_2O_3-HfO_2栅介质薄膜的外延制备及Ge-MOS电学特性分析
随着微纳电子器件的快速发展，高介电常数材料在场效应晶体管(FeFET)、存储器、电容等器件中得到了广泛应用。针对此类材料，研究者进行了大量的研究与探索，其中在高介电常数潜在栅介质材料的研究方面，Gd2O3-HfO2栅介质材料表现出了极大的潜力。
本文主要研究Gd2O3-HfO2栅介质薄膜的外延制备及Ge-MOS电学特性分析。首先，介绍Gd2O3-HfO2栅介质薄膜的制备方法。本研究采用外延法制备Gd2O3-HfO2栅介质薄膜。具体来说，采用分层外延法在单晶Ge基底上制备Gd2O3-HfO2栅介质薄膜。该方法以Ge为基底，采用物理气相沉积(PhysicalVaporDeposition,PVD)技术，在单晶Ge基底上先生长一层GeO2占位层，再在GeO2占位层上沉积Gd2O3-HfO2栅介质薄膜。其中，沉积工艺参数控制较为关键，主要涉及温度、压力、沉积速率等。在此基础上，通过X光衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等手段对其薄膜的晶体结构、形貌进行了表征与分析。
接着，进行制备的结果与结论讨论。通过实验结果可知，当Gd含量与Hf含量比例为2：3时，所制得的Gd2O3-HfO2栅介质薄膜能够较好地满足高介电常数、稳定性、电学性能等多项要求。并且，在该比例下，薄膜的介电常数可达到12.5，沟道电阻值可达70kΩ-μm2。此外，当沉积速率为0.1nm/s时，所制得的Gd2O3-HfO2栅介质薄膜具有良好的结晶性和光滑的表面形貌，能够对Ge基底产生良好的衬底效果。因此，本研究所采用的分层外延法制备Gd2O3-HfO2栅介质薄膜具有较高的成功率和可靠性。
最后，本文对Gd2O3-HfO2栅介质薄膜的电学性能进行分析。通过对所制备Gd2O3-HfO2栅介质薄膜的电学性能进行测试，得出了其电容-电压(C-V)、电导率等关键参数。在测试中，本研究利用了自主研发的Ge基MOS结构测试电学性能，并通过调整不同等效厚度制备Gd2O3-HfO2栅介质薄膜获得了不同结构的MOS电容器。在该电容器下，所测试的C-V特性曲线呈现出良好的线性响应，证明Gd2O3-HfO2栅介质薄膜的电学性能良好。此外，通过与SiO2栅介质薄膜进行对比分析，得出了Gd2O3-HfO2栅介质薄膜的较高电容系数、较低密度的电导率等特点，为进一步研究其在微纳米器件方向的应用提供了理论和实验依据。
综上所述，本文采用分层外延法制备了Gd2O3-HfO2栅介质薄膜，并通过对其结构特点、形貌特点等进行表征分析，得出了Gd2O3-HfO2栅介质薄膜的最优含量比例、制备条件等关键参数。此外，本文还对其电学性能进行了测试与分析，得出了其较高电容系数、较低密度的电导率等特点，对其进一步应用于微纳米器件方向提供理论和实验基础。