最後更新：2026年10月8日製程節點・元件結構閘極堆疊（High-k／金屬閘極）中國大陸：栅氧化层

閘極氧化層是什麼

Gate Oxide

閘極氧化層是夾在 MOSFET 閘極電極與通道（半導體）之間的絕緣層，負責以閘極電壓控制下方通道的導電性，同時不讓電流在閘極與通道之間流動，是 MOS 電晶體的核心。

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定義與原理

閘極氧化層是指夾在 MOSFET 閘極電極與通道（半導體）之間的絕緣層。也稱為閘極絕緣層，負責以閘極電壓控制下方通道的導電性，同時不讓電流在閘極與通道之間流動，是 MOS 電晶體的核心。

傳統的閘極氧化層使用將矽高溫氧化所形成的二氧化矽（SiO₂）。SiO₂ 能與矽形成良好的界面，因此長期扮演主角，但隨著微縮化使閘極氧化層變薄，便面臨穿隧漏電流急遽增加的問題。

為了解決此問題，45nm 世代以後導入了 High-k（高介電常數）材料──氧化鉿（HfO₂）系的閘極絕緣層。High-k 材料能在維持較厚實體膜厚的同時確保電容（電性上的薄度，EOT），因此可抑制漏電流並維持閘極控制能力。目前以 High-k 絕緣層與金屬閘極組合而成的 HKMG 結構為標準。

什麼是閘極氧化層？

夾在 MOSFET 閘極電極與通道（半導體）之間的絕緣層。負責以閘極電壓控制下方通道的導電性，同時不讓電流在閘極與通道之間流動。

閘極氧化層使用哪些材料？

傳統上使用將矽熱氧化而成的二氧化矽（SiO₂）。在微縮化使漏電增加的45nm 世代以後，導入了氧化鉿（HfO₂）系的 High-k 材料。

為什麼需要 High-k 材料？

因為微縮化使 SiO₂ 變薄後，穿隧漏電流會急遽增加。High-k 材料能在維持較厚實體膜厚的同時確保電容（EOT），因此可抑制漏電並維持閘極控制能力。目前以與金屬閘極組合的 HKMG 結構為標準。