QuantumATK在半导体和微电子工业研究中的应用

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英特尔:铜纳米线的电子输运特性

FIG. 1. (Color online) Structures of the geometry optimized 1-nm NWs. (a)–(c) show the unterminated [100], [110], and [111] NWs, (d)–(f) show the respective O-terminated NWs. Cu is orange and O is red.

文章(PHYSICAL REVIEW B 92, 115413 (2015))使用密度泛函理论以及密度泛函紧束缚近似模型,对直径约 1 nm 和 3 nm 的铜纳米线的不同晶向和表面端基原子的电子输运性质进行了研究。发现无论何种直径、晶向、端基原子均不影响其金属性。电子透射强烈的依赖于晶向和端基原子,沿 [110] 方向的铜纳米线透射最强。与无端面的纳米线相比,表面氧化纳米线的电子透射显著降低。

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美光:绝缘体中的金属杂质的影响与阻变存储器

文章(JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 117, 054504 (2015))对铜掺杂SiO2和Al2O3在热力学、动力学和电子性质方面进行了原子尺度的模拟研究,得到不同浓度(9.91×1020 cm-3和3.41×1022 cm-3)的铜掺杂下的定量结果。金属-绝缘体界面导致体系的形成能与块体相比降低大约4eV。另外,本文还介绍了Cu-Cu相互作用对降低化学势的重要性。这些概念的讨论是在关于阻变存储器(RRAM-M)局域传导路径的形成及其稳定性的背景下展开的。电子态密度以及通过这些局域路径的非平衡透射研究确认了透射增大了三个数量级。本文通过原子尺度的漂移-扩散计算,研究了这些传导路径的动力学行为。本文最后对RRAM-M的原胞进行了分子动力学模拟,试图将上述所有现象用统一的自洽的模型结合起来。

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松下:金属-有机体系的载流子注入Fig. 1. Diagram of the system

文章(Surface Science 600 (2006) 5080–5083)研究了单个π共轭分子吸附或夹在两个电极上的电流特性,尤其是载流子通过有机/金属界面的注入。首次使用第一性原理方法研究了分子的取向和电极材料对电流对影响:过去的电流计算都是假设分子与电极之间通过共价键连接。

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三星:金属-半导体界面接触电阻atk_for_famous_corp004_01

文章(APPLIED PHYSICS LETTERS 105, 053511 (2014))使用密度泛函理论和密度泛函紧束缚近似研究了n-Si在[100]方向电阻率下限的理想金属电子结构效应。结果表明,在高掺杂浓度时,“理想金属”假设在某些情况下会失效,因此对n-Si的接触电阻下限至少低估了一个数量级。金属和半导体在横向动量空间的失配,也就是所谓的“谷过滤效应”,对使用的原胞的横向边界情况的细节非常敏感。因此在金属-半导体接触面的电子输运的原子尺度模拟,需要明确所包含的金属原子和电子结构。

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格罗方德:肖特基势垒的调制Fig. 2. Contour plots of LDOS on intrinsic (a) NiSi2/(001)Si and (b) NiSi2/(111)Si where the interface between NiSi2 and Si located at 0 SBH is extracted at z=21.6 Å and z=18.4Å away from the interface fro (a) and (b), respectively, where the LDOS at Fermi level becomes small enough. Extracted SBHs for electrons and holes are denoted as Φb,n and Φb,p, respectively

文章使用密度泛函理论研究了肖特基势垒高度(Schottky Barrier Height)对界面形态的依赖,以及如何通过在 NiSi2/Si界面替位掺杂进行调制。使用 meta-GGA 交换相关泛函预测出相当精确的Si带隙。本文的研究表明,(n型半导体的)电子肖特基势垒高度在(001)方向显著低于(111)方向。这些结果定性上与界面形态依赖的肖特基势垒高度的实验结果一致。肖特基势垒高度能够通过 NiSi2/Si 界面替代掺杂显著降低,本文讨论了 Si 掺杂位点、杂质类型以及晶向对优化肖特基势垒高度的影响。

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IBM:纳米线作为下一代晶体管互连技术的可能性

论文研究了四种新颖的金属纳米线作为后道布线互连、可能获得某些超过目前所用铜线的性能。此类互连技术所用材料主要有三个方面的性能要求:1)结构完整性,抗电迁移;2)低表面散射电阻;3)低晶界散射电阻。

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格罗方德和IBM:降低半导体器件中的金属-半导体接触电阻

格罗方德和IBM研究院发表了使用QuantumATK的新工作,提供了原子水平的视角来研究半导体Ge和金属TiGe在亚10纳米节中的接触。此项研究为如何优化界面接触电阻的研究指明了方向。

  1. 此工作揭示了TiGe/Ge接触的肖特基势垒主要由TiGe的相和Ge的晶向影响。界面的原子结构对肖特基势垒影响很大,此类研究对于最高级的实验测量来说都是极具挑战性的。因此在这项研究中原子尺度模拟工具起到了至关重要的作用。QuantumATK中的原子尺度模拟工具特别适合用来模拟金属-半导体界面,因为它使用物理上正确的边界条件模拟界面并能够准确的计算半导体的能带和掺杂。
  2. 此项工作还揭示通过增加半导体的掺杂浓度,可以降低接触电阻,将肖特基势垒转变为欧姆接触,这对于亚10纳米技术节点十分重要。

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