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应变硅薄膜的厚度对材料迁移率的影响

Journal of Semiconductors 2007年第Z1期28卷 130-132页

作者：王琦王荣华夏冬梅郑有炓韩平俞慧强梅琴谢自力修向前朱顺明顾书林施毅张荣南京大学物理学系江苏省光电信息功能材料重点实验室南京210093

用化学气相沉积方法在siC/si上外延生长了应变硅薄膜.扫描电子显微镜方法显示所得样品具有明显的si/siC/si三层结构,喇曼散射光谱和X射线衍射测量结果表明外延的si薄膜存在应变.Hall效应测量证明相比于相同浓度的体si材料应变si薄膜具... 详细信息

用化学气相沉积方法在siC/si上外延生长了应变硅薄膜.扫描电子显微镜方法显示所得样品具有明显的si/siC/si三层结构,喇曼散射光谱和X射线衍射测量结果表明外延的si薄膜存在应变.Hall效应测量证明相比于相同浓度的体si材料应变si薄膜具有较高的霍尔迁移率;但随着应变硅层厚度的增加,霍尔迁移率下降,这应与薄膜中应变减小和失配位错有关.

关键词：应变si siC 化学气相沉积霍尔迁移率

2.45G弱能量无线收集用高整流效率MOSFET研究

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2.45G弱能量无线收集用高整流效率MOSFET研究

作者：薛笑欢西安电子科技大学

学位级别：硕士

作为微波无线能量传输系统中最重要的部分,整流电路将接收到的RF能量转换为DC电压,为后续系统提供所需的功率,其中能量转换效率是评价该系统性能的重要指标。MOSFET由于与CMOS理想电路工艺具有兼容性,已经成为射频能量收集系统的核心整... 详细信息

作为微波无线能量传输系统中最重要的部分,整流电路将接收到的RF能量转换为DC电压,为后续系统提供所需的功率,其中能量转换效率是评价该系统性能的重要指标。MOSFET由于与CMOS理想电路工艺具有兼容性,已经成为射频能量收集系统的核心整流元器件之一。但在环境主流2.45 GHz弱能量密度RF信号输入下,基于MOSFET的微波射频无线能量收集系统整流效率偏低。因此,本论文以进一步提升目前2.45 GHz弱能量密度无线能量收集系统的能量转换效率为目标,对核心MOSFET器件予以设计优化并完成高能量转换效率微波无线能量传输系统整流电路的搭建,得到的研究成果如下:(1)采用ADS仿真工具对比研究了引入衬底偏置效应的新型二极管连接方式与典型二极管连接方式MOS器件在不同输入信号频率、幅值下的整流输出,结果表明:新型二极管方式连接的MOS器件可以提供更大的正向偏置电流,而反向漏电电流更小,明显优于典型的连接方式;新型连接方式在低频和高频条件下均有整流效果,适用于输入信号为2.45 GHz的微波频段;在此基础上对有着极低阈值电压的TSMC 0.18μm工艺1.8 V Native NMOS器件进行了谐波平衡仿真,并分析了BsiM3模型中沟道载流子迁移率参数对于整流电路性能的影响,最终提出MOSFET能量转换效率提升的三个有效途径,即引入衬底偏置效应的新型连接方式、降低阈值电压、提高沟道载流子迁移率,为后续高能量转换效率MOSFET的设计优化工作提供了理论基础;(2)探究了双轴应变si材料的物理特性,重点研究建立应变si/(001)si Ge导带和价带结构模型、本征载流子浓度模型以及应变si NMOS反型层迁移率模型,最终给出了双轴应变si NMOS反型层中载流子迁移率的量化模型,其结论可为后续双轴应变si表面沟道MOS器件的研究设计提供理论依据;(3)依据(1)中所提出的弱能量密度无线能量收集系统对MOSFET整流器件的要求和MOSFET阈值电压理论,进行Native NMOS以及应变si表面沟道Native NMOS的仿真,利用silvaco器件仿真工具调整其几何结构参数和掺杂参数,仿真分析其转移特性曲线,输出特性曲线,以及零偏条件的载流子分布情况。结果显示:si基双轴应变技术显著地提高了NMOS器件沟道内的电子迁移率,与体si NMOS器件相比,同等情况应变si MOS器件的电流驱动能力大幅度提高。最后进行了半波整流电路的搭建和仿真,发现其作为核心整流器件的单管整流效果的确得到了优化,与常用TSMC 1.8 V Native NMOS相比在-20 d Bm和-10 d Bm的弱能量密度区域单管能量转换效率分别得到了3.3%和8.5%的提升。本文中MOSFET器件参数与能量转换效率的研究工作以及采用新的二极管连接方式的应变si Native NMOS器件的设计工作,可为解决2.45 GHz弱能量密度微波无线能量收集系统整流效率低的问题提供有益的参考。

关键词：微波无线能量收集弱能量密度 MOSFET 能量转换效率应变si 二极管连接方式

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具有槽形结构的应变LDMOS器件研究

具有槽形结构的应变LDMOS器件研究

作者：檀长桂电子科技大学

学位级别：硕士

LDMOS器件相比其它功率器件,具有高可靠性,高线性度,高增益等优良电学特性。这些优点使LDMOS成为射频功率器件领域的研究热点。随着器件的特征尺寸不断减小,功率集成电路的集成度不断提高,射频功率器件的频率要求也越来越高。于是有研... 详细信息

LDMOS器件相比其它功率器件,具有高可靠性,高线性度,高增益等优良电学特性。这些优点使LDMOS成为射频功率器件领域的研究热点。随着器件的特征尺寸不断减小,功率集成电路的集成度不断提高,射频功率器件的频率要求也越来越高。于是有研究人员提出将应变技术引入功率集成电路。通常在有PMOS器件的集成电路中,PMOS是限制集成电路性能的瓶颈,这对于功率集成电路也适用。通过在芯片表面淀积压应力膜可以使得PMOS的性能得到提升,但是这会使N型LDMOS的性能衰退,虽然可以将不利于LDMOS表面的CESL刻蚀掉,但是刻蚀的工艺难度较大,并且会损伤器件表面,从而会劣化器件性能。另外,如果在NLDMOS器件表面专门淀积一层张应力氮化硅膜,由于常规LDMOS漂移区与沟道区的应力性质是相反的,这使得只有沟道区迁移率得到提升,漂移区迁移率反而会下降,这使得应力膜的作用非常有限。有鉴于此,本文提出了一种CESL应变技术与槽形结构结合的新型LDMOS器件,利用槽形结构使得沟道应力发生反性,从而使得漂移区与沟道区应力性质一致,实现用压应力膜提升LDMOS的性能,并且相关工艺与应变PMOS工艺兼容,进而有利于NLDMOS与PMOS集成。根据固体力学理论,对于拥有局域凸起或凹陷的薄应变弹性材料而言,凸起或凹陷的区域与其外围区域的应力有很大的不同,甚至发生应力反性。本文就是利用这一效应,通过在应变硅表面制备适当的槽形结构,实现沟道应力的反性,从而提高器件的性能。通过TCAD进行的仿真验证了我们的想法,证实了具有槽形结构的应变LDMOS器件比普通器件性能有明显的提升。对于具有180nm栅长以及330nm漂移区的槽形漂移区NLDMOS,在采用上述应变结构后,其驱动电流提高了11.9%,最大跨导提高了10.9%,截止频率提高了10.6%,沟道中心载流子的迁移率提高了13.2%。仿真结果将为后续的实验工作提供数据支撑。

关键词： CESL 应变si LDMOS 槽形结构

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应变MOS器件特性研究

应变MOS器件特性研究

作者：倪明刚西安电子科技大学

学位级别：硕士

应变MOS器件是在以si为基础的MOS器件制造过程中引入了应变。利用si和siGe的晶格常数差异可以产生压应变或张应变,从而提高载流子的迁移率。这使得MOS器件的性能在特征尺寸不变的情况下获得了很大的提升。此外,应变MOS器件还具有与传统... 详细信息

应变MOS器件是在以si为基础的MOS器件制造过程中引入了应变。利用si和siGe的晶格常数差异可以产生压应变或张应变,从而提高载流子的迁移率。这使得MOS器件的性能在特征尺寸不变的情况下获得了很大的提升。此外,应变MOS器件还具有与传统的体si工艺兼容、能带结构可调等优点。由于应变MOS器件有上述众多优点,在增加少量投资的情况,将它应用于现有的集成电路生产线中,不仅能够使芯片性能大幅提高,而且还将极大地延长耗资巨大的集成电路生产线的使用年限。因此,应变MOS器件具有很好的应用前景。另外,由于晶体si中空穴迁移率比电子迁移率低,使PMOS的电流驱动能力和速度比NMOS差。因此si基CMOS电路的性能在很大程度上受PMOS器件的制约。在CMOS集成电路设计中,为了使PMOS的性能与NMOS相匹配,通常PMOS的版图设计面积要比NMOS大2到3倍,这将会导致芯片集成度、速度的降低以及功耗的增加。应变siGe量子阱沟道PMOS能够有效提高空穴迁移率,增强了PMOS的驱动能力。因此,在CMOS电路中可以采用宽长比较小的应变siGe量子阱沟道PMOS来保证NMOS和PMOS的驱动能力基本一致,这样不但减小了芯片的面积,而且保证了CMOS对称性,提高了电路性能。本论文研究内容为应变MOS器件特性,为此做了以下研究工作:分析了应变MOS器件国内外研究发展状况,阐明了所面临的问题;从材料的基本物理属性出发,研究应变si、应变siGe的晶格结构和能带结构;分析了应变MOS器件的优势,说明了对应变MOS器件开展研究的意义。研究了应变MOS器件的基本原理和MOS器件的应力引入技术;深入学习Synopsys公司的器件模拟仿真工具ISETCAD,研究器件仿真方法和仿真模型;设计应变si表面沟道NMOS器件结构和应变siGe量子阱沟道PMOS器件结构。采用ISETCAD软件对所设计器件的主要电特性,如直流特性、跨导、特征频率等进行模拟仿真,并对主要的结构参数对器件性能的影响做了详细研究,以此来优化器件结构,提升器件性能。

关键词：应变si 应变siGe NMOS PMOS

silicon-on-Nothing(SON)MOSFET及其制造方法

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Silicon-on-Nothing(SON)MOSFET及其制造方法

作者：杨雄锟贵州大学

学位级别：硕士

随着体硅CMOS技术的发展,需要从材料选用、器件结构以及加工技术等各个方面进行创新,其中以应变硅为代表的沟道高迁移率增强技术,以金属栅/高k栅介质的新型栅结构,以及以SOI、FinFET为代表的新型MOSFET结构均成为22 nm及其以下技术节点... 详细信息

随着体硅CMOS技术的发展,需要从材料选用、器件结构以及加工技术等各个方面进行创新,其中以应变硅为代表的沟道高迁移率增强技术,以金属栅/高k栅介质的新型栅结构,以及以SOI、FinFET为代表的新型MOSFET结构均成为22 nm及其以下技术节点的主流技术。与体硅MOS器件相比,SOI MOSFET器件在各个应用领域都表现出巨大优势,对于ETSOI MOSFET器件,硅膜厚度自然地限定了源漏结深,器件工作时沟道处于全耗尽状态,从而可改善漏致势垒降低(DIBL)等短沟道效应,也改善了器件的亚阈值特性,降低了电路的静态功耗。ETSOI MOSFET器件无需沟道掺杂,可以避免因掺杂而引起的沟道迁移率退化,从而保持阈值电压稳定。此外,ETSOI MOSFET器件衬底具有全局埋氧绝缘层,从而降低了源漏扩散区与衬底之间的寄生结电容,并且能使顶层硅完全隔离,因此提高了器件速度,消除了闩锁效应。然而,全局埋氧绝缘层也给ETSOI MOSFET器件带来了两个严重的缺陷,一是浮体效应,另一个是自加热效应。针对以上问题,我们提出了一种新型准SOI器件结构silicon-on-Nothing(SON)MOSFET,这种器件结构消除了ETSOI MOSFET沟道区下面的埋氧绝缘层,顶层硅通过锗硅层和衬底连通,而源漏区域下方是埋氧绝缘层结构,从而改善了ETSOI MOSFET器件的自加热效应和浮体效应,且减小了器件的漏电流和功耗,避免了SOI晶圆成本过高限制。由于该器件沟道下面埋氧绝缘层被锗硅层替代,既改善了器件的散热性能,同时,双轴应变si/Gesi异质结构可以使沟道中的电子和空穴迁移率都得到显著提高。

关键词： ETSOI器件浮体效应自加热效应准SOI器件应变si