有效功函數(shù)是高花/金屬柵結(jié)構(gòu)中最重要的參數(shù)之一,它是影響閾值電壓的最主要的因素。 TC74HC4051AF

   其中,Φs為襯底⒏的功函數(shù);T。x為柵介質(zhì)氧化層厚度;ε幟為柵介質(zhì)氧化層介電常數(shù);Φm.cff為有效功函數(shù);Ψ:為襯底Si的本征費(fèi)米能級與費(fèi)米能級之差;Q。D(max)為最大耗盡層電荷。當(dāng)襯底材料確定時,式(61)中后兩項幾乎為常數(shù),因此閾值電壓主要由有效功函數(shù)

決定。柵金屬的功函數(shù)需要和溝道中載流子的能量相匹配,也就是說所選金屬柵極的功函數(shù)必須分別能滿足PMOS和NMOS的需求。圖6.1所示為不同材料的功函數(shù)[2]。除金屬的組成外,金屬的有效功函數(shù)會隨沉積方式、晶體結(jié)構(gòu)、底層的介質(zhì)材料以及所經(jīng)歷的高溫過程不同而變化。

   金屬柵極的選擇通常根據(jù)器件的要求不同而選用不同的功函數(shù):一是選擇近⒏的禁帶中央的同一種金屬作為PMOS和NMOS器件的柵極,但由于其功函數(shù)不可調(diào),通常只適于SOI、雙柵晶體管以及∏nFET器件的應(yīng)用需求;而對于高性能器件,需要選擇雙金屬柵,即功函數(shù)分別靠近⒏價帶和導(dǎo)帶的金屬材料,作為PMOs(大約5,0~5.2eV)和NMOS

(大約4,1eV)器件的柵極。雙金屬柵極工藝具有較高的挑戰(zhàn)性,不僅需要選擇合適功函數(shù)的材料,而且必須能夠在不破壞第一層金屬的情況下得到第二層金屬。