题目：全栅型MOS结构费米能级钉扎效应研究

 

随着半导体器件等比缩小到纳米量级，众多负面效应的出现使得传统的MOSFETs无法满足进一步微缩要求，金属/高k技术以及FinFET技术的出现使得MOS器件延续摩尔定律成为了可能。虽然这些技术革新已得到成功应用，但是仍存在诸多问题需要进一步研究。其中新型MOS结构费米能级钉扎效应的研究一直是研究热点之一，因其决定了MOS器件的阈值电压。本文从金属/高k/SiO2/Si结构出发，提出了针对全栅MOS结构费米能级钉扎效应的新模型，并对金属栅极材料有效功函数作出了预测。

本文首先综述了已提出的理论模型对于费米能级钉扎效应的研究进展，分析其存在的缺陷，指出了费米能级钉扎效应的研究方向，并提出了针对全栅MOS结构费米能级钉扎效应的研究方法。

其次，针对高k/SiO2/Si中间过渡层SiO2中氧空位的存在，分析了其对于金属/高k界面的能带对准的影响，并提出了基于下界面氧空位影响的费米能级钉扎效应的新模型，计算结果发现，下界面氧空位对于费米能级钉扎效应确实存在一定的影响，从而证明了我们之前的假设。

此外，本文重点从全栅MOS结构出发，在初步研究了金属/高k/SiO2/Si能带对准的基础之上，结合泊松方程，真空能级连续及电中性条件提出了对于全栅结构费米能级钉扎效应综合分析的新模型。计算结果发现，此模型能够相对准确地预测金属栅极材料的有效功函数值，误差控制在0.2 eV以内，表明了费米能级钉扎效应除了受到金属栅极材料电子态密度影响之外，还受到界面态密度的影响，并且对于新材料和新结构的MOS器件此模型也同样适用。

最后，本文总结了半导体器件的发展趋势及可能面临的问题。纵观MOS器件的发展趋势，虽然相关的技术革新已得到成功应用，但是仍然面临了许多问题需要进一步的深入研究，这对于半导体器件延续摩尔定律向前发展具有重要的意义。