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摘要
近年来,半导体产业已经革命般的改变了我们的生活,但是传统的硬质器件已经难以实现一些在医疗、通信、国防等领域中非平整的工作环境下的要求,因此对于具有良好弯曲延展特性的柔性器件的需求应运而生。但是常见的有机柔性材料的电学特性相比无机半导体材料要差很多,如果可以把硅基器件与柔韧弯曲性能优良的柔性衬底相结合,就可实现高性能无机器件的柔性可弯曲。其中MOS结构是微电子器件中最重要的结构,对于硅基柔性电容的研究,可以使传统无机系统适用于非平面工作环境,适用于更加宽泛的应用领域。本文着重介绍了基于柔性衬底的硅基柔性MOS电容的器件结构的设计、转印关键工艺步骤的优化以及不同弯曲情况下的电容特性等方面展开研究。本文从以下三个方面开展了研究工作:（1）本文对器件的设计过程包括电容器件的版图设计以及关键工艺的设计。版图设计主要包括的刻蚀孔以及适用于翻转转印工艺的版图设计。工艺方面包括,对于硅基功能薄膜层的反应离子刻蚀,牺牲层的选择性湿法刻蚀,以及选择使用翻转转印的方法将硅功能薄膜层转印PET柔性衬底上。通过原子力显微镜和扫描电子显微镜的观测表明获得的硅基功能薄膜层表面完整光滑。（2）本文首先对SOI外延片进行汞探针测试,确定硅功能层的掺杂浓度。对电容进行平整状态下和在不同曲率半径的弯曲模具上进行C-V和I-V测试。平整状态下,电容的平带电压VFB约为-1.1 V,与理想平带电压相差较大,证明栅介质层中大量氧化层固定电荷的存在。之后对弯曲状态下进行C-V测试。随着电容弯曲的曲率半径的减小,器件上的拉伸应力增加,电容的阈值电压和平带电压发生了明显的负向漂移,这主要是由于栅介质层产生拉伸形变从而导致了其等效厚度减小。同时发现回滞电压发生了略微减小的变化,通过计算可以得到氧化层固定电荷密度受外界应力影响不大,氧化层陷阱电荷密度会出现减小,界面陷阱密度会呈现增大趋势,从而影响柔性MOS电容的稳定性;在凹面情况下,随着压缩应力逐渐增大,由于栅介质层发生压缩形变,阈值电压和平带电压均会发生正向漂移,回滞电压减小,计算得到的栅介质层中的各种非理想电荷与平整状态的电容相比均有减小的现象,这一点是由于凹面的栅氧化层电容值变小而导致计算结果发生了偏差。（3）本文最后以6#样品为例,对硅基MOS电容的单位面积电流进行研究。并发现柔性电容的漏电流会基本上呈现随着弯曲程度的增大而减小,这主要是由于栅氧化层的陷阱电荷减小而造成的。
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