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First Principles Modeling Of High-K Dielectric Materials

机译：高介电常数材料的第一原理建模

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First-principles calculations are performed for high-K gate dielectric materials using model bulk and interface systems. Detailed electronic structures and atomic configurations are investigated for transition metal (Hf and Zr) oxide, metal doped silicate bulk system and a model Si-silicate interface system. Pseudo polymorphs of metal oxides are investigated to elucidate the underlying driving mechanisms in microscopic configurations of metal oxides and silicates in amorphous structures. We studied energetics and electronic structure of metal oxide pseudo morph with varying oxygen coordination. Dielectric constants of metal oxide and silicate materials are also investigated using the density functional perturbation theory method implemented in the ABINIT code. Electronic and dielectric properties of silica interface layers between high-κ dielectric and Si substrate are investigated leading to a confirmation that 1 nm is the physical limit of gate oxide thickness. Furthermore silica interface layer is found to have small dielectric constant of 3.4～3.9.
机译：使用模型体和界面系统对高K栅极介电材料进行第一性原理计算。研究了过渡金属（Hf和Zr）氧化物，金属掺杂的硅酸盐本体体系和模型Si-硅酸盐界面体系的详细电子结构和原子构型。研究了金属氧化物的假多晶型物，以阐明在非晶结构中金属氧化物和硅酸盐的微观结构中的潜在驱动机制。我们研究了具有不同氧配位的金属氧化物假晶的能量和电子结构。还使用在ABINIT代码中实现的密度泛函微扰理论方法研究了金属氧化物和硅酸盐材料的介电常数。研究了高介电常数的介电层和硅衬底之间的二氧化硅界面层的电子和介电性能，从而证实了1 nm是栅氧化层厚度的物理极限。另外，发现二氧化硅界面层的介电常数小，为3.4〜3.9。

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