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应用于硅基MOSFET高k介质种子层和沟道隔离层双重角色的氟化石墨烯探索研究

批准号:
61474099
项目类别:
面上项目
资助金额:
79.0 万元
负责人:
徐杨
依托单位:
学科分类:
新型信息器件
结题年份:
2018
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
俞滨、孟楠、林晓、郭宏伟、Ayaz Ali、周瀚铭、王雪、陆薇、施添锦

项目摘要

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项目成果

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中文摘要
本项目针对目前制约硅基MOS器件发展的难点之一- - -高k介质层的界面改良问题进行研究,提出采用新型二维绝缘材料氟化石墨烯,作为ALD 高k 介质生长种子层和沟道隔离层双重角色,探索其在硅基MOS器件中的应用前景。氟化石墨烯因其六圆环状致密结构、高韧性共价键绝缘态、无悬挂键原子层平整界面等特性,能有效阻挡介质与硅界面间原子相互扩散,阻止界面硅化物和过渡硅酸盐层副产物的生成,有助于形成高质量的介质/硅沟道界面。在ALD生长和后续退火过程中,氟化石墨烯因层间作用主要为范德华力,能有效释放界面间的失配应力和减少陷阱界面态生成,为获得低声子散射、薄过渡层的高k介质/硅沟道高质量界面提供了新的途径。本项目将结合量子输运与DFT数值模拟,系统性实验研究氟化石墨烯有效隔离高k介质/硅沟道界面的物理机制与隔离效果,分析引入氟化石墨烯应用于硅基MOS器件的优缺点,为其未来应用探索提供理论预测和关键技术指导。
英文摘要
Interface and mid-gap trapping states of high-k dielectrics play a crucial role in high-performance MOSFETs. In this proposal, by combining with theoretical study and DFT simulation, we will experimentally explore the feasibility of fluorinated graphene as ALD seed-layer on Si substrate for high-k dielectric growth. Fluorinated graphene provides an atomically smooth and sharp interface for high-k/Si substrates, which can induce lower interface defect density, thinner interfacial transition layer, and better surface passivation for high-k dielectrics. The advantages and limitations of fluorinated graphene as the ALD seed-layer will also be discussed. Our systematic work might promote the high performance and reliability of Si-MOSFETs with thinner high-k EOTs.
将石墨烯众多优异的特性融入金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)对发展新一代硅基信息器件有重要的意义,因此,本项目研究了改性功能化的石墨烯衍生物 - 氟化石墨烯用于设计制备高性能的硅基光电探测器。通过精确控制实验变量,探索氟化功率、时间以及气体流量对氟化效果的影响,借助X射线光电子能谱(XPS)与拉曼光谱(Raman)表征石墨烯被氟化的程度与质量,测出碳原子与氟原子的比例以定量氟化的程度。利用实验中探索得到的最佳氟化参数,制备基于氟化石墨烯/石墨烯异质结的光电探测器,实现了从紫外到中红外的宽光谱的高速光电探测,为下一代硅基石墨烯信息器件的发展提供了理论支持和技术指导。..(1)使用电感耦合等离子体(ICP)设备对单晶石墨烯进行氟化,工艺气体为六氟化硫( SF6)。ICP的优势是能够精确控制工艺过程中的功率、时间、气体种类和流量等条件,便于做控制实验。多层石墨烯中的上层石墨烯会首先接触工艺气体而被氟化,并且会阻止气体进入到下层石墨烯中,从而保护下面的石墨烯不被氟化,基于这种原理,可以制备原子级干净界面的氟化石墨烯/石墨烯异质结。..(2)石墨烯本身拥有平面内的C-C键,另有垂直于平面的π和π*轨道,氟化之后,氟原子可以与碳原子成键,形成sp3杂化的C-Fx键。因此氟化石墨烯/石墨烯异质结中存在sp2和sp3的混合键,由sp2形成的π和π*为光生载流子跃迁提供了相应的能量态,而sp3形成的局域态存在于的π和π*之内,同样为光生载流子提供跃迁的状态。制备的氟化石墨烯/石墨烯MSM和光电导器件展示了较好的性能,10 ns的响应时间,200 – 4290 nm的宽谱响应。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI: 10.1021/acsnano.6b01842
发表时间: 2016
期刊: ACS Nano
影响因子: 17.1
作者: [Xu Yang, Cheng Cheng, Du Sichao, Yang Jianyi, Yu Bin, Luo Jack, Yin Wenyan, Li Erping, Dong Shurong, Ye Peide, Duan Xiangfeng]
通讯作者: Duan Xiangfeng
A Broadband Fluorographene Photodetector
宽带荧光烯光电探测器
DOI: 10.1002/adma.201700463
发表时间: 2017-06-13
期刊: ADVANCED MATERIALS
影响因子: 29.4
作者: [Du, Sichao, Lu, Wei, Duan, Xiangfeng]
通讯作者: Duan, Xiangfeng
Solvent-Based Soft-Patterning of Graphene Lateral Heterostructures for Broadband High-Speed Metal-Semiconductor-Metal Photodetectors
用于宽带高速金属-半导体-金属光电探测器的石墨烯横向异质结构的溶剂基软图案化
DOI: 10.1002/admt.201600241
发表时间: 2017-02-01
期刊: ADVANCED MATERIALS TECHNOLOGIES
影响因子: 6.8
作者: [Xu, Yang, Ali, Ayaz, Hasan, Tawfique]
通讯作者: Hasan, Tawfique
后摩尔硅基光电融合感存算一体器件与集成技术
  • 批准号:
    LDT23F04013F04
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    徐杨
  • 依托单位:
硅/二维异质集成图像传感器基础研究
  • 批准号:
    U22A2076
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    245.00万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    徐杨
  • 依托单位:
硅基石墨烯光电探测器三维异质集成研究
  • 批准号:
    92164106
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    80.0万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    徐杨
  • 依托单位:
用于宽光谱成像的石墨烯-硅电荷耦合图像传感器基础研究
  • 批准号:
    61874094
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    徐杨
  • 依托单位:
国内基金
海外基金