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      南京大學承擔的“極大規模集成電路用高K關鍵材料技術研究”項目順利通過驗收

      南京大學承擔的“極大規模集成電路用高K關鍵材料技術研究”項目順利通過驗收

      來源:
      2015/01/07
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      日前通過驗收的極大規模集成電路用高K關鍵材料技術研究2009ZX02039)項目是國家02科技重大專項《極大規模集成電路制造技術及成套工藝》設立的重要前瞻性研究項目。該項目主要針對32-22nm技術節點極大規模集成電路CMOS技術需要,開發具有自主知識產權的高k材料前驅體及其合成工藝,開發與半導體工藝相兼容的原子層沉積(ALD)高k材料制備關鍵技術以及性能優良的先進高k材料,通過原型器件對材料進行驗證,最終為極大規模集成電路技術發展,提供關鍵的高k材料和制備技術支持。項目的主要成果突出表現在以下幾個方面:

      1)在高K材料前驅體材料合成制備技術取得重要突破,研制的16種有機鉿、有機鋯和有機稀土前驅體材料試用效果優異,部分材料在先導工藝開發平臺上線測試應用,取得良好結果,應用性能與國外高品質源相當。

      2)采用自主研發高K材料前驅體,開發出與硅基半導體工藝兼容的原子層淀積(ALD)柵介質關鍵制備技術,并研發出8種新型極大規模集成電路用高K材料。

      3)發明了半浮柵晶體管(SFGT,Semi-Floating-Gate Transistor)新型的基礎器件,研究成果發表在20138月出版的《Science》雜志,這也是我國科學家在Science上發表的第一篇微電子器件領域的原創性成果。

      4)開發出基于高K材料HfLaORRAM器件,并成功向國內著名微電子企業華虹NEC技術轉移。提出了電場控制阻變存儲器模型,將HfO2K介質ALD生長技術轉移到企業,用做射頻無源MIM電容的介質。

      5)研發了4種極大規模集成電路用的高k材料體系。發展了三種有效的表面鈍化方法,在GeGaAs襯底上系統提出了化學溶液法、自清潔法、引入界面控制層法三種鈍化機制。發展了Ge、GaAsGaN襯底與高k柵介質的能帶匹配調控方法。

      6)通過激光分子束外延技術制備單晶稀土鉿基高k柵介質薄膜。通過研究稀土對氧化鉿的能帶調控原理,增大了新型稀土鉿基高k柵介質帶隙,降低了高k柵介質漏電流。

      7)突破了Si/SOI表面鈍化技術、高介電常數HfO2相形成技術和石墨烯表面直接生長高k介質薄膜技術。Si/SOI與高k薄膜之間的界面層可以控制在1nm以內,3-4nm厚度高k薄膜的等效柵氧厚度可達0.6-1nm。通過稀土摻雜,研制出含有立方和四方相的高介電常數HfO2薄膜。石墨烯表面利用水基ALD技術直接生長9nmAl2O3薄膜,介電常數達到7,擊穿電壓達到4MV/cm。

      8)利用自主開發的HfALD源制備的高K柵介質和金屬柵材料,在MOS器件上得到成功驗證,材料和工藝水平達到國際先進水平,同時拓展了高K材料的應用范圍。

      本項目在實施期間,共申請發明專利61件,其中國際專利5件。已有多件專利成果成功向國內著名企業實現成果轉移。項目取得的研究成果奠定了我國微電子新材料技術發展基礎。

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