(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210914010.0 (22)申请日 2022.08.01 (71)申请人 西安电子科技大 学芜湖研究院 地址 241002 安徽省芜湖市弋江区高新 技 术产业开发区科技产业园7号楼 申请人 西安电子科技大 学 (72)发明人 陈华　杨济宁　何亮　张彦军　 乔彬　 (74)专利代理 机构 西安智大知识产权代理事务 所 61215 专利代理师 段俊涛 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G01R 31/26(2014.01) (54)发明名称 一种MOSFETs栅氧化层陷阱原子构型的识别 方法 (57)摘要 一种MOSFETs栅氧化层陷阱原子构型的识别 方法， 搭建MOSFETs近界面氧化层的原 子级模型， 并引入各类单一缺陷构型， 由此形成若干包含单 一缺陷构型的缺陷模型； 对各缺陷模 型进行电子 态密度计算， 定性表征由相应缺陷所引入的电子 态密度峰， 即电中性缺陷能级位置； 利用缺陷形 成能定义， 拟合求解各缺陷模型在不同电荷态之 间的电荷转变能级， 即带电缺陷能级位置； 测量 MOSFETs器件 的低频1f漏电流噪声功率谱， 并求 解MOSFETs器件栅氧化层内的陷阱分布， 分析陷 阱中心位置； 将电中性缺陷能级位置、 带电缺陷 能级位置与陷阱中心位置进行对比， 识别引发 MOSFETs器件漏电流噪声的陷阱原子构型。 权利要求书2页 说明书7页 附图5页 CN 115422712 A 2022.12.02 CN 115422712 A 1.一种MOSFETs栅氧化层陷阱原子构型的识别方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤1： 搭建MOSFETs近 界面氧化层的原子级模型， 并引入各类单一缺 陷构型， 由此形成 若干包含单一缺陷构型的缺陷模型； 步骤2： 对各所述缺陷模型进行电子态密度计算， 定性表征由相应缺陷所引入的电子态 密度峰， 即电中性 缺陷能级位置； 步骤3： 利用缺陷形成能定义， 拟合求解各所述缺陷模型在不同电荷态之间的电荷转变 能级 ε(q/q')， 即带电缺陷能级位置， 其中， q和q'分别为 转变前后缺陷构型的电荷态； 步骤4： 测量MOSFETs器件的低频1/f漏电流噪声功率谱SId‑f， 基于低频噪声的理论模型 与器件物理模型， 求 解MOSFETs器件栅氧化层内的陷阱分布Nt(Et,z)， 分析陷阱中心位置； 步骤5： 将所述电中性缺陷能级位置、 所述带电缺陷能级位置与所述陷阱中心位置进行 对比， 识别引发MOSFETs器件漏电流噪声的陷阱原子构型。 2.根据权利要求1所述MOSFETs栅氧化层陷阱原子构型的识别方法， 其特征在于， 所述 步骤1， 包括： 首先在第一性原理建模过程中分别搭建MOSFETs近 界面氧化层的原子级单晶体材料模 型， 将其沿垂直原子堆垛方向即氧化层生长方向切面， 在保持晶格失配率<3％的情况下扩 包拼接， 模型 上下暴露表面用赝H处 理， 构成MOSFETs氧化层 初始异质结界面模型； 之后将所述MOSFETs氧化层初始异质结界面模型输入至第一性原理计算软件VASP中， 在衬底部分固定的条件下， 对晶型氧化层部分进行第一性原理分子动力学模拟计算， 使其 非晶化， 得到不包 含任何配位 缺陷的MOSFETs近界面氧化层模型； 最后向所述不包含任何配位缺陷的MOSFETs近界面氧化层模型中引入真实器件中可能 存在的各类单一 缺陷构型， 得到包 含单一缺陷构型的缺陷模型。 3.根据权利要求2所述MOSFETs栅氧化层陷阱原子构型的识别方法， 其特征在于， 所述 缺陷模型进行一次结构优化， 使晶格 应力最小化。 4.根据权利 要求2或3所述MOSFETs栅氧化层陷阱原子构型的识别方法， 其特征在于， 所 述单一缺陷构型为O空位 缺陷、 Si2‑C＝O缺陷构型或其 他缺陷。 5.根据权利要求1或2或3所述MOSFETs栅氧化层陷阱原子构型的识别方法， 其特征在 于， 所述步骤2， 包括： 在第一性原理量子计算软件VASP的INCAR中加入LORBIT和NEDOS参数， 进行静态计算， 输出投影电子态密度DOSCAR和.xml文件， 并使用Vaspkit脚本或P4v asp软件对数据进行处 理； 得到所述缺陷模型的态密度和其中各类单一缺陷构型对DOS的贡献图， 将二者对比即可 定性分析由相应缺陷所引入的电子态密度峰， 即电中性 缺陷能级位置 。 6.根据权利要求1或2或3所述MOSFETs栅氧化层陷阱原子构型的识别方法， 其特征在 于， 所述步骤3， 利用缺陷形成能公式， 通过改变电子化学势EF， 对在步骤1中搭建的各类缺 陷模型在不同电荷态下的形成能进行拟合， 即可求解出相应缺陷构型的电荷转变能级及其 在禁带中的相对位置； 所述 缺陷形成能公式如下： 式中， 为缺陷形成能， 即形成或引入缺陷D， 电荷态为q的缺陷构型所需要的理权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115422712 A 2论能量， 为含有缺陷D， 电荷态为q的体系总自由能， 为不包含任何缺陷体系的总 自由能， nα表示由于 缺陷D的引入所给体系添加或减少的α 类元素的额外原子数， nα>0表示添 加， nα<0表示减少， μα是从相图中获得的所述α 类元素的原子平均化学势， EV为相应部分材料 即衬底或氧化物价带的最大值， Δ EV为缺陷体系在能带对齐校准后的EV之差； 不同电荷态下缺陷形成能拟合的交点横坐标， 即为该缺陷构型的带电缺陷能级位置 。 7.根据权利要求6所述MOSFETs栅氧化层陷阱原子构型的识别方法， 其特征在于， 对于 同种缺陷构型， 缺陷形成能公式改写为： 之后在VASP中进行体系能量的静态计算， 通过改变NELECT参数来改变缺陷体系的价电 子数目即缺陷 的电荷态， 即可获得不同电荷态下缺陷体系的 和相对于电中性缺陷构 型 的ΔEV， 最后将该缺陷构型的数据带入上式， 改变EF进行拟合； 得到MOSFETs近界面 氧化层中 各缺陷构型在不同电荷态下的缺陷形成能随EF的变化关系。 8.根据权利要求1或2或3所述MOSFETs栅氧化层陷阱原子构型的识别方法， 其特征在 于， 所述步骤4， 包括： 步骤4.1， 对待测MOSFETs器件的转移特性和不同栅压下的漏极电流噪声功率谱SId‑f进 行测量， 由转移特性计算 跨导曲线gm‑Vgs； 步骤4.2， 在特定栅压Vgs(1)下， 即在特定陷阱能级 处， 数值求解离散形式的低频噪声 分析模型和器件物理模型， 得到器件氧化层内 陷阱密度随厚度位置的变化关系 步骤4.3， 计算在特定栅压Vgs(1)下的陷阱能级 的位置； 步骤4.4， 改变多组栅压Vgs， 计算多个陷阱能级 处的陷阱密度随厚度位置的变化关系 进一步总结为陷阱密度随陷阱能量Et与厚度位置z的联合分布Nt(Et,z)， 分析其 中造成MOSFETs器件漏电流噪声的陷阱中心位置 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115422712 A 3