超缩放双栅MOSFET最佳性能的最优高k氧化物

缓解超缩放金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFETs)栅极泄漏的广泛使用技术是采用高k介电质，其提供与 $\rm SiO_2$ 相同的等效氧化物厚度(EOT)，但物理层更厚。然而，在相同EOT下使用更厚的物理介电层会因二维静电学的退化而对器件性能产生负面影响。在本快报中，研究了高k氧化物对栅长小于20 nm的双栅(DG) MOSFET的影响。我们发现对于每个栅叠层（包括 $\rm SiO_2$ 界面层和一种高k材料）存在一个最优物理氧化物厚度($\rm T_{OX}$)。对于相同EOT，3 $\rm\AA$ $\rm SiO_2$ 上的 $\rm Al_2O_3$ (k=9) 提供最佳性能，而对于 $\rm HfO_2$ (k=20) 和 $\rm La_2O_3$ (k=30)，$\rm SiO_2$ 厚度应分别为 5 $\rm\AA$ 和 7 $\rm\AA$。分析了使用高k氧化物和栅叠层对超缩放MOSFET性能的影响。薄氧化物厚度会增加栅极泄漏，而厚氧化物层会降低栅极对沟道的控制。因此，应优化栅叠层的物理厚度以实现最佳性能。