有效功函数是高花/金属栅结构中最重要的参数之一,它是影响阈值电压的最主要的因素。 TC74HC4051AF

   其中,Φs为衬底⒏的功函数;T。x为栅介质氧化层厚度;ε帜为栅介质氧化层介电常数;Φm.cff为有效功函数;Ψ:为衬底Si的本征费米能级与费米能级之差;Q。D(max)为最大耗尽层电荷。当衬底材料确定时,式(61)中后两项几乎为常数,因此阈值电压主要由有效功函数

决定。栅金属的功函数需要和沟道中载流子的能量相匹配,也就是说所选金属栅极的功函数必须分别能满足PMOS和NMOS的需求。图6.1所示为不同材料的功函数[2]。除金属的组成外,金属的有效功函数会随沉积方式、晶体结构、底层的介质材料以及所经历的高温过程不同而变化。

   金属栅极的选择通常根据器件的要求不同而选用不同的功函数:一是选择近⒏的禁带中央的同一种金属作为PMOS和NMOS器件的栅极,但由于其功函数不可调,通常只适于SOI、双栅晶体管以及∏nFET器件的应用需求;而对于高性能器件,需要选择双金属栅,即功函数分别靠近⒏价带和导带的金属材料,作为PMOs(大约5,0~5.2eV)和NMOS

(大约4,1eV)器件的栅极。双金属栅极工艺具有较高的挑战性,不仅需要选择合适功函数的材料,而且必须能够在不破坏第一层金属的情况下得到第二层金属。