高k材料用作纳米级MOS晶体管栅介质薄层下微纳电子技术.docx

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高k材料用作纳米级MOS晶体管栅介质薄层下微纳电子技术

“半导体技术”2008年第二期

趋势与展望

93－高k材料用作纳米级MOS晶体管栅介质薄层（下）

翁妍，汪辉

98－塑封微电子器件失效机理研究进展

李新，周毅，孙承松

102－光电光窗的封接技术

李成涛，沈卓身

技术专栏（新型半导体材料）

106－（Bi3.7Dy0.3）（Ti2.8V0.2）O12铁电薄膜的制备

及退火影响唐俊雄,唐明华,杨锋,等

109－掺Al富Si/SiO2薄膜制备及紫外发光特性研究王国立,郭亨群

113－氧分压对锰掺杂氧化锌结构及吸收性能的影响杨兵初,张丽,马学龙,等

117－升级冶金级Si衬底上ECR-PECVD沉积

多晶Si薄膜崔洪涛,吴爱民,秦福文,等

121－用XPS法研究SiO2/4H-SiC界面的组成

赵亮,王德君,马继开,等

126－Al在生长InGaN材料中的表面活化效应

袁凤坡,尹甲运,刘波,等

器件制造与应用

129－4H-SiCMESFET直流I-V特性解析模型

任学峰,杨银堂,贾护军

133－6H-和4H-SiC功率VDMOS的比较与分析

张娟,柴常春,杨银堂,等

137－智能LED节能照明系统的设计赵玲,朱安庆

141－InP基谐振隧穿二极管的研究

李亚丽，张雄文，冯震，等

144－氧化硅在改善双极型晶体管特性上的作用

王友彬，汪辉

工艺技术与材料

147－低温退火制备Ti/4H-SiC欧姆接触

陈素华,王海波,赵亮,等

151－精密掩模清洗及保护膜安装工艺赵延峰

封装、测试与设备

155－测量计算金属－半导体接触电阻率的方法

李鸿渐，石瑛

160－热超声倒装过程中的建模和多参量仿真李丽敏，吴运新，隆志力

集成电路设计与开发

164－微波宽带单片集成电路二分频器的

设计与实现陈凤霞，默立冬，吴思汉

167－基于分组网络结构NOC的蚁群路由算法陈青,郝跃,蔡觉平

171－基于ARM＋FPGA的大屏幕显示器

控制系统设计陈炳权

176－新型异步树型仲裁器设计

徐阳扬，周端，杨银堂，等

179－一种用于高速ADC的采样保持电路的设计林佳明，戴庆元，谢詹奇，等

技术产品专栏

183－飞思卡尔升级高品质车用i.MX应用处理器

产业新闻

184－综合新闻

趋势与展望

93－高k材料用作纳米级MOS晶体管栅介质薄层（下）

翁妍，汪辉

（上海交通大学微电子学院，上海２０００３０）

摘要：

随着45nm及32nm技术节点的来临，高介电常数（highk）材料成为代替SiO2作为栅介质薄层材料的较好选择，但是大多数高k材料是离子金属氧化物，其基本物理性能和材料特性不仅导致了很多不可靠因素，还会造成电学性能的损失。

简述了高k材料的一些电学性能以及频率变化的电荷泵技术在高k栅介质薄层探测到的缺陷深度，总结了高k材料的基本限制及主要问题，并且介绍了未来技术节点的可能解决方案。

关键词：

栅介质薄层；高介电常数；电学结果

98-塑封微电子器件失效机理研究进展

李新，周毅，孙承松

（沈阳工业大学信息科学与工程学院，沈阳１１００２３）

摘要：

塑封器件在现在的封装产业中具有无可比拟的优势，相关研究引起了人们广泛关注。

简要介绍了塑封微电子器件的发展史，以及国内外塑封器件可靠性的研究现状。

对塑封器件的主要失效机理研究进展进行深入探讨，如腐蚀、分层、开裂等，提出了几种提高塑封器件可靠性的措施。

论述了用于塑封器件质量评估的试验方法，并展望了塑封器件在军工领域的潜在应用前景。

关键词：

失效机理；塑封；微电子器件

102-光电光窗的封接技术

李成涛，沈卓身

（北京科技大学材料科学与工程学院北京１０００８３）

摘要：

光电器件的封接技术作为MOEMS技术中的重要组成部分，影响着光电器件的应用和发展。

光窗是光电器件主要的封装形式之一，一直受到科学研究的重视。

新技术被不断地引入到光窗生产实践中，希望能够达到降低生产成本，提高光电器件性能的要求，并能形成统一的工业生产方法和标准。

介绍光电光窗封接技术在微电子封装中的应用及其所需要的一般条件。

比较现有各种光窗封接技术的优缺点，指出在此领域内未来封接技术的发展趋势。

关键词：

微光机电系统；光窗；光电光窗封接技术

技术专栏（新型半导体材料）

106－（Bi3.7Dy0.3）（Ti2.8V0.2）O12铁电薄膜的制备

及退火影响

唐俊雄，唐明华，杨锋，张俊杰，周益春，郑学军

（湘潭大学材料与光电物理学院低维材料及应用技术教育部重点实验室，

湖南湘潭４１１１０５）

摘要：

铁电材料在铁电存储器等领域具有良好的应用前景，受到极大的关注，其中铋层状铁电薄膜因为其良好的铁电性，得到了广泛的研究。

采用溶胶-凝胶法在Pt（111）/Ti/SiO2/Si（100）基底成功沉积出（Bi3.7Dy0.3）（Ti2.8V0.2）O12（BDTV）的A、B位同时掺杂的铁电薄膜，发现这种双掺能够显著改善薄膜的铁电性。

研究了650～800℃不同退火温度下，BDTV铁电薄膜的铁电性能、晶体结构及表面形貌变化。

通过SEM分析发现，温度为750℃时，薄膜的颗粒生长较好，薄膜的铁电性能最佳。

关键词：

BDTV铁电薄膜；溶胶凝胶；表面形貌；铁电性

109－掺Al富Si/SiO2薄膜制备及紫外发光特性研究

王国立，郭亨群

（华侨大学信息科学与工程学院，福建泉州３６２０２１）

摘要：

采用射频磁控溅射技术制备出掺Al的富Si/SiO2复合薄膜，以不同退火温度对样品进行热处理。

对样品进行X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、红外吸收光谱（FTIR）、光致发光（PL）和光致发光激发谱（PLE）检测。

结果表明SiO2薄膜中存在纳米Si晶粒，并且含有AlOx成分。

室温下，可以观察到位于3.24～3.42eV的较强紫外光致发光，其发光强度随退火温度和Al含量的变化而变化。

分析表明该发光带与SiO2中的氧空位缺陷有关，缺陷分布与纳米Si的形成以及不同Al含量的氧化有关，从而影响薄膜发光强度。

关键词：

纳米硅／二氧化硅；铝掺杂；紫外光致发光；射频磁控溅射

113－氧分压对锰掺杂氧化锌结构及吸收性能的影响

杨兵初，张丽，马学龙，颜建堂

（中南大学物理科学与技术学院，长沙４１００８３）

摘要：

采用直流磁控溅射的方法，在玻璃衬底上沉积了Zn0.93Mn0.07O薄膜，研究了氧分压对薄膜结构及吸收性能的影响。

X射线光电子能谱（XPS）测试结果表明，Mn2+取代了ZnO中的大部分Zn2+，但还掺杂有少量的MnO2分子。

X射线衍射测试（XRD）结果显示，Zn0.93Mn0.70O薄膜都具有高度的C轴择优取向，在氧分压为0.4时，薄膜具有最小的半高宽及最大的晶粒尺寸。

由于伯斯坦莫斯效应，Zn0.93Mn0.07O薄膜光吸收跃迁过程只能在价带态和费米能级附近及以上的导带空态之间发生，与纯ZnO薄膜吸收谱线相比，吸收边产生了蓝移，同时还伴随有导带尾跃迁的发生。

研究表明，这是由3d5多重能级的d-d跃迁而引起的。

经过计算，氧分压为0.4时，Zn0.93Mn0.07O薄膜的禁带宽度是最大的，这可能是由交换作用的减弱而引起的。

关键词：

锰掺杂氧化锌薄膜；磁控溅射；氧分压；吸收特性

117-升级冶金级Si衬底上ECR-PECVD沉积多晶Si薄膜

崔洪涛1a,c,吴爱民1a,c,秦福文1b,c,谭毅1a,c,闻立时1a,c,姜辛1a,c,2

（1.大连理工大学，a.材料科学与工程学院；b.物理与光电工程学院；c.三束材料改性

国家重点实验室，辽宁大连116024；2.锡根大学材料工程研究所，德国锡根57076）

摘要：

成功地应用电子回旋共振微波等离子体增强化学气相沉积（ECR-PECVD）法在升级冶金级Si衬底上175℃低温条件下沉积了一层优质多晶Si薄膜。

研究了压强、流量比对多晶Si薄膜质量的影响，并用Raman、RHEED、SEM、XRD对薄膜结晶性、晶粒大小及显微组织结构进行了表征。

发现在恒定气压下，结晶质量随流量比增大先变好后变差，即存在最佳流量比，0.16Pa对应10:

5，而0.4Pa对应10:

6.8。

关键词：

硅衬底;电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积;多晶硅薄膜

121-用XPS法研究SiO2/4H-SiC界面的组成

赵亮，王德君，马继开，陈素华，王海波

（大连理工大学电子系，辽宁大连１１６０２３）

摘要：

利用X射线光电子谱（XPS）研究了高温氧化形成的SiO2/4H-SiC界面的化学组成。

获取低浓度HF酸刻蚀速度基础上制备出超薄氧化膜（1～1.5nm）样品，并借助标准物对照法辅助谱峰分析。

结果表明，高温氧化SiO2/4H-SiC界面，类石墨碳较多，除Si1+成分外，还存在Si2+和Si3+两种低值氧化物。

三种工艺处理后界面成分含量的对比，指出界面成分可通过合理工艺有效控制，以C-V测试曲线印证了界面成分减少对电学特性的改善。

关键词：

二氧化硅／碳化硅；4H-碳化硅；X射线光电子谱；超薄氧化膜

126-Al在生长InGaN材料中的表面活化效应

袁凤坡，尹甲运，刘波，梁栋，冯志宏

（河北半导体研究所，专用集成电路国家级重点实验室，石家庄０５００５１）

摘要：

为了解决材料的界面平整度，改善材料的晶体质量，在Ⅲ-Ⅴ族氮化物（InGaN）材料的生长过程中，加入了Al掺杂剂。

实验发现，InGaN材料的双晶衍射半宽从533arcsec（非掺Al）下降到399arcsec（轻掺Al），PL光谱半宽变窄，从21.4nm（非掺Al）降为20.9nm（轻掺Al）。

研究结果表明，Al作为活性剂明显提高了InGaN材料质量，这将对改善LED和LD多量子阱材料和器件质量带来积极影响，目前还没有相关的文献报道。

关键词：

金属有机物化学汽相淀积；氮化镓；铟镓氮；铝活性剂

器件制造与应用

129-4H-SiCMESFET直流I-V特性解析模型

任学峰，杨银堂，贾护军

（西安电子科技大学微电子学院，宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室，西安710071）

摘要：

提出了一种改进的4H-SiCMESFET非线性直流解析模型，基于栅下电荷的二维分布，对该模型进行了分析，采用多参数迁移率模型描述速场关系。

在分析了电流速度饱和的基础上，考虑沟道长度调制效应对饱和区漏电流的影响，建立了基于物理的沟道长度调制效应模型，模拟结果符合高场下漏极的MC（蒙特卡罗）计算的结果。

与以前的研究模型相比较，结果说明了该研究的有效性，饱和电流的结果与实测的I-V特性更加吻合。

关键词：

4H-碳化硅；射频功率金属半导体场效应晶体管；I-V特性；解析模型

133-6H-和4H-SiC功率VDMOS的比较与分析

张娟，柴常春，杨银堂，徐俊平

（西安电子科技大学西安微电子学院宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室，

西安７１００７１）

摘要：

采用二维器件模拟器ISETCAD7.0，对比研究了6H-SiC和4H-SiCVDMOS的基本特性。

结果表明，在Vgs为8V时，4H-SiCVDMOS的漏极电流比6H-SiC高约1.5倍，证实了4H-SiC具有较高的体迁移率，且受准饱和效应的影响较小，因此比6H-SiC器件具有更高的饱和电流密度，而两种器件的阈值电压基本相同，均为7V左右。

对器件开关时间和单位面积损耗的分析表明，4H-SiC比6H-SiC更适合用于VDMOS功率器件。

此外，还研究了沟道长度对器件漏极饱和电流的影响，结果表明，随着沟道长度的减小，器件的漏极电流增大。

关键词：

6H-碳化硅；4H-碳化硅；功率纵向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体

137-智能LED节能照明系统的设计

赵玲a,朱安庆b,

（大庆石油学院a.计算机与信息技术学院；b.电子科学学院，黑龙江大庆１６３３１８）

摘要：

介绍了一种新型智能LED节能照明控制系统，给出了系统的硬件设计和软件流程。

给出了被动式热释电红外探测器和可见光探测器探测的数据，并通过单片机处理后与国家标准设定的数值进行了对比。

简述了输出调节信号、控制LED驱动电路和照明系统对室内亮度进行调节的过程。

通过理论分析，提出了合理的稳压电源、连接方式、灯体结构的设计方法，解决LED的驱动电源、连接方式和散热三个问题。

试安装一年结果表明，照明效果稳定，节能超过50％，效果明显。

关键词：

智能；发光二极管；节能；照明

141-InP基谐振隧穿二极管的研究

李亚丽，张雄文，冯震，周瑞，张志国

（中国电子科技集团公司第十三研究所，专用集成电路国家级重点实验室，石家庄050051）

摘要：

谐振隧穿二极管（RTD）具有高频、低功耗、负阻、双稳态、自锁等优点，在超高速数字电路领域具有非常好的应用前景。

加之InP材料固有的优越特性，使得InP基谐振隧穿器件成为目前研究的重点。

研究并试制了InP基RTD实验样品，对其直流特性进行了测试分析，器件的最大电流峰谷比（PVCR）达到了17.8。

关键词：

谐振隧穿二极管；电流峰谷比；铟磷基外延材料

144-氧化硅在改善双极型晶体管特性上的作用

王友彬，汪辉

（上海交通大学微电子学院，２０００３０）

摘要：

提出了一种改善npn和横向pnp晶体管放大倍数、扩散致窄电阻（受EB和CB结结深影响的基区电阻）阻值而又不影响其他器件特性的方法。

不连续的SiOx可以作为宽禁带半导体材料加在多晶硅和单晶硅的界面处来提高横向pnp晶体管的放大倍数，使其从目前的23提高到30；连续的SiOx作为优秀的绝缘材料覆盖在发射极多晶硅表面，可以确保As在快速热处理后的分布，结果表明npn型晶体管的放大倍数从170降低到110的同时增加了扩散致窄电阻的阻值。

这种方法的优点在于利用了极易制造的SiOx改善了半导体器件特性，具有极高的实际应用价值。

关键词：

氧化硅，双极型晶体管，放大倍数

工艺技术与材料

147-低温退火制备Ti/4H-SiC欧姆接触

陈素华，王海波，赵亮，马继开

（大连理工大学电信学院电子系，辽宁大连１１６０２３）

摘要：

实现SiC器件欧姆接触常规工艺需要800～1200℃的高温退火。

研究了n型4H-SiC低温制备Ti欧姆电极的工艺及其基本电学特性。

通过氢等离子体处理4H-SiC的表面，沉积Ti后可直接形成欧姆接触，室温下比接触电阻率ρc为2.25×10-3Ω·cm2（ρc由圆形传输线模型CTLM测得），随着合金温度的升高，其欧姆特性逐渐增强，400℃合金后获得最低的比接触电阻率ρｃ为2.07×10-4Ω·cm2。

采用X射线衍射（XRD）确定金属／n-SiC界面反应时形成的相，以分析电学性质与微观结构间的联系。

最后讨论了低温欧姆接触的形成机制。

关键词：

碳化硅；氢等离子体；欧姆接触；比接触电阻率

151-精密掩模清洗及保护膜安装工艺

赵延峰

（无锡华润微电子有限公司掩模工厂，无锡２１４０６１）

摘要：

光刻工艺及其成品率对掩模洁净度要求极高。

通过一系列研究分析，找到了传统掩模清洗工艺的一些缺点和局限性，借鉴和参考了传统掩模清洗工艺，克服了其局限性。

基于精密掩模对加工质量的高要求，安装了保护膜并改进了精密掩模清洗工艺，通过试验形成了最终工艺。

新清洗工艺的开发满足了0.5μm掩模加工洁净度要求。

关键词：

掩模；清洗工艺；保护膜

封装、测试与设备

155-测量计算金属-半导体接触电阻率的方法

李鸿渐，石瑛

（武汉大学物理技术与科学学院，武汉４３００７２）

摘要：

如何测量、计算得到精确接触电阻值已凸显重要。

介绍了多种测量计算金属-半导体欧姆接触电阻率的模型和方法，如矩形传输线模型、圆点传输线模型、多圆环传输线模型等，对各方法的利弊进行了讨论，并结合最新的研究进展进行了评述和归纳。

综合多种因素考虑，认为圆点传输线模型是一种较好的测量金属半导体接触电阻率的方法。

关键词：

金属半导体接触；接触电阻率；传输线模型

160-热超声倒装过程中的建模和多参量仿真

李丽敏，吴运新，隆志力

（中南大学机电工程学院，长沙４１００８３）

摘要：

热超声键合是一个极其复杂的瞬态过程，利用常规手段不易了解此局部区域内的瞬态特性。

针对这个问题，基于MSC．Marc大型非线性有限元分析软件建立了热超声倒装的几何模型，利用其强大的非线性分析能力对热声倒装进行了热力耦合有限元分析，得出了不同摩擦状况对正应力和切应力的分布及大小的影响，金凸点的塑性应变在键合界面上的分布及演变规律，切向位移加载前后键合界面所受正应力和切应力的大小及分布的变化情况，仿真结果对热超声倒装芯片连接工艺的理论研究有着重要的参考价值。

关键词：

电子封装;热超声倒装;有限元分析;热力耦合;多参量仿真

集成电路设计与开发

164-微波宽带单片集成电路二分频器的设计与实现

陈凤霞1，默立冬1,吴思汉2

（1.中国电子科技集团公司第十三研究所，石家庄050051；2.国防科技信息研究中心,

北京100028）

摘要：

采用D触发器进行分频，设计了基于主从D触发器的1:

2分频器，该分频器主要由输入缓冲电路、分频器内核、输出缓冲电路和电流偏置电源四个模块组成。

HBT工艺具有速度快、相位噪声低的优点，采用HBT工艺，成功地设计了输入频率范围为50MHz～7GHz的静态二分频器。

测试结果表明，该分频器在输入频率为3.7GHz，输入-20dBm功率时，输出功率4dBm；电源电压5V，工作电流85mA，芯片尺寸为0.85mm×0.85mm。

关键词：

二分频器;异质结双极晶体管;锁存器;D触发器;阻抗匹

167-基于分组网络结构NOC的蚁群路由算法

陈青a，郝跃b，蔡觉平b

（西安电子科技大学a.通信工程学院；b.微电子学院，西安７１００７１）

摘要：

单个芯片集成度的增大增加了全局同步设计的困难，于是出现了片上网络NOC的概念，其设计的核心是将计算机网络技术移植到芯片设计中来，因此需要利用某种路由算法来实现好的服务质量。

通过对NOC网络通信的分析，基于蚁群算法提出了一种路由算法，利用4×4Mesh结构，通过对同一约束不同请求和不同约束同一请求等实验研究，证明其在NOC路由应用中能在较短的时间内完成指定的任务，最后预测了该算法在大规模路由应用上的发展。

关键词：

蚁群算法；片上网络；路由

171-基于ARM+FPGA的大屏幕显示器控制系统设计

陈炳权1,2

（1.吉首大学物理科学与信息工程学院，湖南吉首４１６０００；

2.湖南大学电气与信息工程学院，长沙４１００８２）

摘要：

目前各种LED显示器常采用8位/16位的微处理器，由于其运行速度、寻址能力和功耗等问题，已难满足显示区域较大、显示内容切换频繁的相对较复杂的应用场合。

采用32位ARM嵌入式微处理器S3C4510B和32位FPGA扫描驱动电路芯片PolarProQL1P300，选用IS61C1024静态RAM作为缓存器，组成由多块大屏幕LED显示器构成了新的显示系统。

该系统在不增加成本的情况下，可支持更大可视区域的稳定显示，存储更多显示内容。

关键词：

32位ARM微处理器；发光二极管显示系统；现场可编程门阵列；静态随机存储器

176-新型异步树型仲裁器设计

徐阳扬，周端，杨银堂，弥晓华

（西安电子科技大学微电子学院西安７１００７１）

摘要：

树型仲裁器是异步电路中常用的电路，它的性能和鲁棒性对整个系统有很大的影响。

针对以往树型仲裁器在设计和应用方面存在的问题，设计并实现了一种新型异步树型仲裁器，提高了异步树型仲裁器的鲁棒性。

该仲裁器采用了插入差分电路和隔断两级逻辑电路的方法，避免了毛刺的出现。

通过重新设计C单元，避免了现有树型仲裁器的死锁问题。

在CSMC0.5μmCMOS工艺下，该仲裁器的最短数据传输时间为4.37ns，电路平均功耗为50.815nW。

关键词：

树型仲裁器；异步；C单元

179-一种用于高速ADC的采样保持电路的设计

林佳明，戴庆元，谢詹奇，倪丹

（上海交通大学微纳科学技术研究院，上海２０００３０）

摘要：

设计了一个用于流水线模数转换器（pipelinedADC）前端的采样保持电路。

该电路采用电容翻转型结构，并设计了一个增益达到100dB，单位增益带宽为1GHz的全差分增益自举跨导运算放大器（OTA）。

利用TSMC0.25μmCMOS工艺，在2.5V的电源电压下，它可以在4ns内稳定在最终值的0.05％内。

通过仿真优化，该采样保持电路可用于10位，100MS/s的流水线ADC中。

关键词：

采样保持电路；增益自举跨导运算放大器；流水线模数转换器