1、隨著超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，MOSFET器件的特征尺寸不斷縮小，傳統(tǒng)柵介質(zhì)SiO2薄膜由于它較低的介電常數(shù)(～3.9)已經(jīng)達(dá)到了它的物理極限。此時(shí)，由于量子遂穿效應(yīng)，使得柵介質(zhì)層的漏電流急劇增加，導(dǎo)致了器件的可靠性和穩(wěn)定性急劇下降，嚴(yán)重影響器件的使用壽命。近年來，Hf基高介電常數(shù)材料由于具有較高的k值、與Si襯底具有較好的熱穩(wěn)定性和優(yōu)異界面、較大的禁帶寬度以及較大價(jià)帶和導(dǎo)帶偏移，成為替代傳統(tǒng)SiO2柵介質(zhì)理想的候選材料，引起了越來越多關(guān)

2、注和研究。薄膜晶體管(TFT)器件作為平板顯示器的核心原件，對提高平板顯示器的性能起到舉足輕重的作用。而TFT器件的柵絕緣層性能的好壞直接影響著器件的性能。采用高介電常數(shù)的Hf基高介電常數(shù)材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的SiO2柵介質(zhì)，可以有效降低器件的漏電流、減小閾值電壓，可以提高柵極對源漏極之間電流的調(diào)控作用。目前Hf基高介電薄膜材料的制備方法也有很多，原子層沉積(ALD)是目前業(yè)界制備柵介質(zhì)的主流技術(shù)，但ALD技術(shù)需要高真空環(huán)境和薄膜生長速率非常慢

3、，不利于大規(guī)模的現(xiàn)代化生產(chǎn)。而利用溶膠凝膠法制備Hf基高介電薄膜材料，其成本較低、操作簡單和材料成分容易控制。因此，利用溶膠凝膠法制備Hf基高k柵介質(zhì)薄膜和器件研究對集成電路的發(fā)展具有重要意義。溶膠凝膠法由于使用溶液制備薄膜，所以必須進(jìn)行熱處理進(jìn)行固化，而熱處理的溫度對薄膜的質(zhì)量有著直接影響?；谇捌趫?bào)道可知，大部分方法制備的鉿基柵介質(zhì)由于低晶化溫度、不太高的介電常數(shù)，及高溫下惡化的界面特性阻礙其在MOSFET和TFT中的繼續(xù)應(yīng)用。基于

4、這些棘手問題，本論文采取Ti、Al等元素?fù)诫s有效改善HfO2薄膜的物性，調(diào)控MOS和TFT器件性能。
　　1、利用溶膠凝膠法制備了HfO2薄膜，探究了不同退火溫度對其結(jié)構(gòu)、光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:不同的退火溫度下HfO2薄膜具有不同的晶體結(jié)構(gòu)，同時(shí)退火溫度有效調(diào)控了HfO2薄膜的光學(xué)帶隙;電學(xué)測試分析表明400℃退火的樣品顯示了優(yōu)化的電學(xué)性能。
　　2、利用溶膠凝膠法制備了Ti摻雜的HfO2柵介質(zhì)薄膜，研究了不同

5、的烘烤溫度對薄膜結(jié)構(gòu)、光學(xué)和電學(xué)性能的影響。烘烤溫度在200℃時(shí)，薄膜的電學(xué)性能最好，其介電常數(shù)相對于HfO2薄膜有明顯增加。
　　3、利用溶膠凝膠法制備了Al摻雜的HfO2柵介質(zhì)薄膜，探究了不同的退火溫度對薄膜光學(xué)和電學(xué)性能的影響。電學(xué)測試表明:400℃退火的樣品顯示了優(yōu)化的電學(xué)性能，且漏電流有明顯抑制。
　　4、利用溶膠凝膠法制備了InZnO/HfAlOx薄膜晶體管，通過改變HfAlOx薄膜的退火溫度和絕緣層的厚度，研究