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金属-氧化铝-硅隧道二极管中固定电荷缺失的证据

DOI：10.1002/pssb.201800342 期刊：physica status solidi (b) 出版年份：2018 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 本文报道了氧化铝隧道绝缘层中固定电荷密度（NF）与厚度的可控变化，并研究了其对金属-绝缘体-半导体（MIS）二极管肖特基势垒高度ΦB的影响。通过分析金属-氧化铝-硅电容结构发现：未退火沉积薄膜的NF为+1×1012 cm?2，而退火后薄膜的NF转变为-1×1012 cm?2。研究采用解析模型和数值器件物理模拟方法，基于NF与氧化铝厚度的变化预测ΦB的改变。值得注意的是，由莫特-肖特基法测得的ΦB值并未遵循这些静电模型的预测趋势。事实上，对于氧化铝厚度低于2 nm的二极管，NF似乎未产生可观测影响——这与类似厚度薄膜固定电荷的无接触测量结果相矛盾。ΦB的变化趋势更适用于偶极子模型解释。进一步研究表明：未退火的MIS二极管中，偶极子与氧化铝层厚度相关；而退火后的MIS二极管中，偶极子和ΦB基本保持恒定，与氧化铝厚度无关。这些数据为调控MIS隧道接触的ΦB提供了策略依据，对电接触设计具有重要启示。
作者： Roderick J. Marstell，Anthony Pugliese，Nicholas C. Strandwitz
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究固定电荷密度（NF）和氧化铝隧道绝缘层厚度对金属-绝缘体-半导体（MIS）二极管中肖特基势垒高度ΦB的影响。

研究成果

该研究表明，众所周知的氧化铝-硅界面负固定电荷（NF）并不影响具有隧穿活性的金属-绝缘体-半导体（MIS）结构的势垒高度（ΦB），反而指出偶极子才是导致所观测到的势垒高度随氧化铝厚度变化趋势的原因。这一认知对于设计需要精确控制势垒高度的隧穿器件至关重要。

研究不足

研究发现，在氧化铝厚度低于2纳米的二极管中，NF并未产生可观测的影响，这与预期相反。未观察到氧化铝-硅界面固定电荷对ΦB的影响，这表明静电模型在适用于隧穿活跃的MIS结构方面存在局限性。

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