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| 編輯推薦： |
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基于目前微电子集成电路工艺的快速发展及面临的技术瓶颈，卡脖子技术亟待解决。国内集成电路及材料相关的人员出现很多断层，与国外的差距在不断增加。尤其在后摩尔器件时代，我们必须迎头赶上，在器件集成领域应缩小与国际同行的差距。国内的高校承担着培养未来微电子领域拔尖人才的重任，但在此领域，我们缺少系统的介绍高k栅介质与器件集成的教材，出版与编著该类教材迫在眉睫。该教材的出版，应该能弥补国内教材在该领域的空白，国内的985和211高校的本科生及研究生应该是该教材的大量使用户，还有相关的企业公司的工程师也需要该类的教材。
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| 內容簡介： |
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本书旨在向材料及微电子集成相关专业的高年级本科生、研究生及从事材料与器件集成行业的科研人员介绍栅介质材料制备与相关器件集成的专业技术。本书共10章，包括了集成电路的发展趋势及后摩尔时代的器件挑战，栅介质材料的基本概念及物理知识储备，栅介质材料的基本制备技术及表征方法； 着重介绍了栅介质材料在不同器件中的集成应用，如高κ与金属栅、场效应晶体管器件、薄膜晶体管器件、存储器件及神经形态器件等。本书包含栅介质材料的基本制备技术，同时突出了栅介质材料在器件应用中的先进性和前沿性，反映了后摩尔时代器件集成的**研究进展，是理论与实践应用的有机结合。
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| 關於作者： |
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何刚， 1997～2001 安徽大学物理系电子材料与元器件专业 (本科)， 2001～2006 中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所(硕博连读) ， 2007～2009 日本东京大学工学部应用化学系，日本学术振兴会(JSPS)博士后研究员， 2009～2011 日本国家物质材料研究所先进电子材料研究中心高级研究员， 2011～现在 安徽大学材料科学与工程学院教授，安徽省“皖江学者”特聘教授，博导；曾主编英文专著”High-k gate dielectric for CMOS technology (wiley-vch)”。
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| 目錄：
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第1章绪论
1.1引言
1.2集成电路发展及趋势
1.2.1集成电路的介绍
1.2.2集成电路的现状
1.2.3集成电路的发展趋势
1.2.4我国集成电路产业前景展望
1.3后摩尔时代新材料、新技术及新挑战
1.3.1工艺新材料
1.3.2新器件结构
1.3.3工艺新技术
1.3.4后摩尔时代集成电路展望与挑战
课后习题
参考文献
第2章高κ栅介质的物理基础
2.1高κ栅介质的基本概念及优势
2.1.1高κ栅介质的引入
2.1.2高κ栅介质的优势
2.2高κ栅介质的结构调控及理论机制
2.2.1高κ栅介质的MOS电容结构
2.2.2高κ栅介质的理论机制
2.3高κ栅介质的选择要求
2.4高κ栅介质的分类及特点
2.4.1硅的氮（氧）化物及其特点
2.4.2ⅢA族金属氧化物
2.4.3ⅣB族和ⅤB族过渡金属氧化物
2.4.4ⅢB族稀土金属氧化物
2.5高κ栅介质面临的问题和挑战
课后习题
参考文献
第3章高κ栅介质的制备及表征
3.1高κ栅介质材料的制备
3.1.1真空蒸镀法
3.1.2磁控溅射法
3.1.3原子层沉积法
3.1.4分子束外延法
3.1.5脉冲激光沉积法
3.1.6溶液基制备方法
3.2高κ柵介质性能的表征
3.2.1光学性能的表征
3.2.2热重性能的表征
3.2.3结晶性能的表征
3.2.4化学局域态的表征
3.2.5表面形貌的表征
3.2.6界面微结构的表征
3.2.7润湿性能的表征
课后习题
参考文献
第4章稀土基高κ栅介质及MOS器件集成
4.1稀土简介
4.1.1稀土元素、分类及资源现状
4.1.2稀土特性
4.1.3稀土与微纳电子制造
4.2稀土基高κ栅介质
4.2.1稀土基高κ栅介质优势
4.2.2稀土基高κ栅介质存在的问题
4.3稀土基高κ栅介质研究现状
4.3.1单一稀土氧化物高κ栅介质
4.3.2掺杂改性稀土基高κ栅介质
4.3.3稀土氮氧化物高κ栅介质
4.3.4叠层复合稀土基高κ栅介质
4.4稀土基高κ栅介质的界面调控
4.4.1稀土基高κ栅介质的界面问题
4.4.2稀土基高κ栅介质的界面调控措施
4.5稀土基高κ栅介质MOS器件漏电机制
4.5.1肖特基发射
4.5.2PF发射
4.5.3FN隧穿
4.5.4直接隧穿
课后习题
参考文献
第5章硅基高κ栅介质和金属栅极集成
5.1MOSFET器件的微缩和性能改进
5.2应用于亚0.1μm MOS器件栅叠层的栅介质材料所面临的迫切问题
5.2.1SiO2栅介质
5.2.2多晶硅电极
5.3应用于亚0.1μm MOS器件栅叠层的栅介质材料
5.3.1高κ栅介质
5.3.2金属栅电极
5.4高κ/金属栅结构MOS器件可靠性问题
5.4.1阈值电压的温偏不稳定性
5.4.2热载流子注入
5.4.3时变击穿特性
5.4.4应力诱生的栅极漏电流
课后习题
参考文献
第6章高κ栅介质与高迁移率场效应器件集成
6.1场效应晶体管
6.1.1场效应晶体管的分类
6.1.2金属氧化物半导体场效应晶体管
6.1.3栅源电压VGS对ID及沟道的控制作用
6.1.4漏源电压VDS对ID及沟道的影响
6.1.5特性曲线和电流方程
6.2高迁移率场效应晶体管
6.3Ge基场效应器件
6.3.1金属/Ge界面费米能级钉扎
6.3.2Ge沟道场效应晶体管的源漏问题
6.3.3Ge沟道场效应晶体管的MOS界面
6.4GaAs基场效应晶体管
6.4.1GaAs场效应晶体管的发展历程
6.4.2GaAs场效应晶体管栅介质的选择
6.4.3GaAs表面钝化技术
6.5其他高迁移率场效应晶体管
6.5.1InP场效应晶体管
6.5.2GaN场效应晶体管
6.5.3SiC场效应晶体管
6.6高迁移率场效应器件的优势与挑战
课后习题
参考文献
第7章高κ栅介质与金属氧化物薄膜晶体管器件集成
7.1薄膜晶体管
7.1.1TFT发展历程
7.1.2TFT结构及工作原理
7.1.3TFT器件电学特性曲线及参数提取
7.1.4TFT与MOSFET的比较
7.2金属氧化物薄膜晶体管
7.2.1硅基薄膜晶体管
7.2.2氧化物薄膜晶体管
7.2.3α-IGZO半导体的导电机制
7.2.4α-IGZO TFT研究现状
7.3基于高κ栅介质的MOTFT
7.3.1MOTFT中的绝缘栅介质
7.3.2传统SiO2栅介质面临的困境
7.3.3MOTFT中的高κ栅介质
7.4高κ栅介质在MOTFT中的应用
7.4.1基于氮化物高κ栅介质的MOTFT
7.4.2基于金属氧化物高κ栅介质的MOTFT
7.4.3基于钙钛矿高κ栅介质的MOTFT
7.4.4基于聚合物、电解质及混合电介质等高κ栅介质的MOTFT
课后习题
参考文献
第8章高κ栅介质与垂直有机场效应晶体管集成
8.1引言
8.2VOFET——肖特基势垒晶体管
8.3器件结构
8.3.1不连续金属源极
8.3.2图案化金属源极
8.3.3碳纳米管源极
8.3.4MXene源极
8.4工作原理
8.5材料选择与制备工艺
8.5.1栅介质层
8.5.2电极
8.5.3有机半导体层材料
8.5.4制备工艺
8.6VFET的相关应用
8.6.1垂直有机发光晶体管
8.6.2柔性电子与逻辑电路
8.6.3有机存储器件
8.6.4人工神经突触应用
课后习题
参考文献
第9章高κ栅介质与存储器件集成
9.1存储器件的分类
9.2浮栅型存储器
9.2.1浮栅型存储器的历史发展
9.2.2浮栅型存储器基本原理
9.2.3高κ材料在浮栅型存储器中的应用
9.2.4浮栅型存储器的保持与耐受特性
9.3动态随机存储器
9.3.1动态随机存储器基本原理
9.3.2DRAM存储器的电容单元
9.4铁电存储器
9.4.1铁电材料基本特性及历史发展
9.4.2铁电存储器分类
课后习题
参考文献
第10章高κ栅介质与神经形态器件集成
10.1神经形态计算概述
10.2神经生物学简介
10.2.1神经元及突触结构
10.2.2神经元信息整合功能
10.2.3突触可塑性
10.3高κ介电突触器件
10.3.1阻变存储器与忆阻器简介
10.3.2基于高κ介质的两端突触器件
10.3.3基于高κ介质的三端晶体管突触器件
10.4高κ介电神经元器件
10.4.1神经元模型简介
10.4.2基于高κ介质的神经元器件
课后习题
参考文献
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| 內容試閱：
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在微电子技术领域，摩尔定律主导的主流器件技术是以硅基为代表的微电子器件。在过去60多年的漫长时期，全球范围的技术创新基本是围绕器件物理尺寸的缩微化来进行的，其特征关键词为体材料、可缩微性差、低能效、低异质集成能力等。然而，后摩尔时代的核心器件基本是以新材料体系、新器件原理所驱动的新一轮创新，特征关键词为新材料、极限可缩微性、高能效、易于异质集成等。正是由于摩尔定律的终止以及新兴材料的快速崛起，使得基于新器件技术的新一轮芯片革命成为全球聚焦点。后摩尔器件将通过非传统物理尺寸缩微的新技术路径，延续摩尔定律的精神，即性能/算力提升、能耗降低以及成本降低，并将集成电路芯片技术带向新的发展阶段。作为人类科技史上最成功的技术创新历程之一，由摩尔定律引导的微电子芯片革命已接近终止，而随之而来的后摩尔时代将由新材料、新器件、新计算范式等创新力量所驱动，并将以全新的技术路径来继续承载摩尔定律的精神。在新的时代，人们将看到以新一代核心器件驱动的创新所带来的多材料异质集成、多功能异构集成、存储计算融合、传输计算融合、类脑计算等发展方向，为信息技术的升级换代提供新动力。
当前，信息化已成为当代人类社会生产力发展的主要动力之一，是体现国际竞争力的重要因素。信息技术和产业作为信息化建设的基础，其核心领域主要包括以半导体、导体及介电材料为基础的集成电路、存储器件和显示技术等。在我国，信息技术和产业也已上升至国家战略高度。国务院政府工作报告指出，集成电路是支撑国民经济和社会发展的战略性、基础性和先导性产业，并把推动集成电路产业发展放在实体经济发展的首位强调。2020年，国务院发文强调，集成电路产业和软件产业是信息产业的核心，是引领新一轮科技革命和产业变革的关键力量。栅介质材料是集成电路最基本元器件——场效应晶体管的关键组成部分，开展栅介质材料相关基础研究与器件集成工作，对我国信息技术赶超世界先进水平、实现跨越式发展具有深远意义。目前功能材料的研究热点主要包括三类： 逻辑器件材料（包括栅介质材料、衬底材料、源漏和局域互联材料）、存储器件材料、互联材料。其中，逻辑器件材料最受广泛关注。随着工艺尺寸微缩，晶体管沟道长度越来越小，工艺制造越复杂，成本也就越高。无论是逻辑器件还是存储器工艺，在最有共性特征的栅介质材料发展方面，都体现出一些共性要求和发展难点，具体表现在：
①为保证器件性能，器件尺寸需按比例缩小，栅氧化层厚度不断减薄； ②为了增强栅控能力，减小了栅漏电流，工艺上采用了高κ栅介质材料。但实际上，高κ材料在CMOS工艺中存在界面态问题，22nm以下的工艺难以克服这一难题，需要寻找新的解决方式，主要是采用新的器件结构。新的器件结构工艺，如FinFET工艺，虽然能继续缩微器件尺寸，但工艺涨落问题更加突出。总之，提高器件性能和成品率，确保工艺继续向前推进，离不开新材料的发现与使用。因此栅介质材料的高品质合成与器件集成已经成为当前材料科学与工程及微电子集成电路领域的重要任务。它不仅是材料、物理、化学、力学、电子信息等多学科、多领域的交叉与融合，而且是基本原理与工程实践并重的一门课程。
目前国内大学某些专业课程设置相对落后，教材建设跟不上学科发展速度。特别是面向高年级本科生和研究生的栅介质材料制备及器件集成相关领域的教材严重匮乏，已经不能适应现代材料与微电子集成交叉学科的发展。本教材首先介绍了集成电路的发展趋势及后摩尔时代的器件挑战，栅介质材料的基本概念及物理知识储备，栅介质材料的基本制备技术及表征方法； 着重介绍了栅介质材料在不同器件中的集成应用，如高κ与金属栅、场效应晶体管器件、薄膜晶体管器件、存储器件及神经形态器件等。本书包含栅介质材料的基本制备技术，同时突出了栅介质材料在器件应用中的先进性和前沿性，反映了后摩尔时代器件集成的最新研究进展，是理论与实践应用的有机结合。本书主要面向高年级本科生、研究生和研发人员，所以在内容上不追求面面俱到，而是特色鲜明，强调与作者的研究领域和已有的研究工作相结合。与国内外已经出版的材料合成与器件集成相关的教材相比，本书更加注重栅介质材料在器件领域的最新应用。本书既有基本原理的相关介绍，又突出了栅介质材料的先进性和器件应用的前沿性，很多工作都是最新研究成果的总结，是理论与实际应用的有机结合。
本书由何刚教授主编和统稿。第1章由安徽大学何刚教授主持编写； 第2章由安徽大学姜珊珊副教授主持编写； 第3章由安徽职业技术学院杨兵副教授主持编写； 第4章由有研稀土新材料股份有限公司李栓高级工程师、徐明磊和董瑞锋两位助理工程师共同主持编写； 第5章由潍坊学院韩锴教授和中国科学院微电子研究所王晓磊研究员共同主持编写； 第6章由安徽理工大学高娟教授主持编写； 第7章由安徽滁州学院张永春副教授主持编写； 第8章由安徽农业大学杨辉煌副教授和汪秀梅副教授共同主持编写； 第9章由合肥长鑫存储技术有限公司高级工程师肖东奇博士主持编写； 第10章由新加坡南洋理工大学何勇礼博士主持编写。
在此，向以上各章节的编写负责人和所有的编写参与者致以崇高的敬意，对其不懈努力、辛勤工作、付出宝贵时间和做出贡献表示深深的感谢，也向大力支持所有编写者完成本书编写工作的家人、单位领导和同事表示感谢。此外，本书主编也向参与本书进度管理的姜珊珊副教授和支持本书编写的所有相关人士表示诚挚的感谢。
由于编者能力所限，书中难免存在欠缺之处，恳请广大读者和专家批评指正，以便不断完善。
何刚
2023年初夏于安徽大学磬苑
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