1.8.2 栅介质材料

栅绝缘膜是在硅表面上热生长的SiO₂，主要是热生长的氧化硅或氮氧化硅。但是，热生长的SiO₂表现出与硅形成最好界面，这里“最好”的意思是指界面具有很低浓度的界面固定电荷和陷阱（界面态）。因为界面电荷不依赖于载流子的表面迁移率，所以，低电荷密度是很重要的。相当大的努力致力于发展热氧化工艺，想要制造出厚度均匀的薄氧化膜，这种氧化膜具有低的界面电荷密度、低的体内陷阱浓度及高的击穿电压。当氧化膜厚度按比例缩小后，所有这些氧化膜的性能就受到严重的挑战。

和栅直接有关的电学参数有U_T、C_i、g_m、BU_G-Ox、BU_PN、μ_s等。介质材料选择以介电常数ε_i和绝缘层——硅系统中的电荷的多少及状态作为依据。若介电常数ε_i大，则g_m和C_i也大，但U_T小；若Q_ss大，则U_T降低，而g_m增大；若N_ss大，μ_s小，则g_m小。人们更注重的是Q_ss的稳定性，希望器件工作时随时间、温度、环境的变化，Q_ss的变化越小越好。目前，在亚微米和深亚微米工艺技术中，大多用SiO₂单层介质。

栅介质厚度T受BU_G-Ox、BU_PN、C_i、β、U_T等参数限制。若T增大，则BU_G-Ox增大，BU_PN升高，但β减小，U_T增大。

必须指出，薄SiO₂膜和超薄SiO₂膜的生长工艺是不同的。如何获得高质量的氧化层和高平整度的Si/SiO₂界面是工艺的关键。这包括氧化气氛、氧化条件等一系列问题。此外，由于纵向厚度按比例缩小，即使采用1.5V电源电压，在超薄栅氧化层中电场强度仍然可以高达106V/cm。这将影响电路的可靠性。