随着铪基高乃材料的引人,人们发TC74HC174AF现高乃介质与多晶硅栅极的兼容性一直是影响高虑材料使用的一个障碍。

   因为栅极的一个关键特性是它的功函数,即自由载流子逃逸所需要的能量。功函数决定器件的阈值电压V1。传统的栅介电材料⒊02或SiON采用多晶硅为栅极,功函数取决于多晶硅的掺杂浓度。半导体制造商可以根据设计需要很容易地改变多晶硅掺杂浓度来得到所需的阈值电压。然而随着铪基高乃材料的引人,人们发现如果继续使用多晶硅作为栅极材料,铪基材料与多晶硅材料之间会形成Hf Si键从而产生所谓的“费米钉轧现象”,即功函数被拉向多晶硅能带间隙中央,这种现象在PMOS器件中更为显著,这就使得阈值电压变得不可调制。而金属栅极的使用可以解决栅极和高乃栅介质材料的相容性问题。

与此同时,栅极同样面临等比例缩小的挑战。施加在栅极上的电压会将少数载流子从沟道区吸引到电介质和沟道的界面处,形成反型载流子分布。这时会在栅极的两侧形成载流子的累积,以维持电荷中性,这必将耗尽附近半导体的电荷。当半导体的电荷被完全耗尽时,半导体就等于绝缘体了,相当于增大了栅介质的有效厚度。尽管耗尽层厚度只有几个埃的⒏O2厚度(对于NM()S为2~4A,对于PMOS为3~6A),但是当栅介质厚度降到十几个埃左右时,这一厚度的影响就变得十分显著。由于降低等效氧化层厚度是器件等比例缩小的关键,因此多晶硅的耗尽就成了一个很大的障碍。