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金属/Ge接触及Ge SB-MOSFET电特性模拟与NiGe/Ge接触实验研究

金属/Ge接触及Ge SB-MOSFET电特性模拟与NiGe/Ge接触实验研究

引用

作者：邓煜恒华中科技大学

学位级别：硕士

随着摩尔定律发展速度逐渐减缓,MOSFET特征尺寸的继续缩小面临诸多物理极限的限制,如源漏急剧增加的串联电阻。为此,肖特基势垒源漏MOSFET(SB-MOSFET)应运而生,它能显著降低源漏区的寄生电阻。另一方面,高迁移率沟道材料(Ge和Ⅲ-Ⅴ族化... 详细信息

随着摩尔定律发展速度逐渐减缓,MOSFET特征尺寸的继续缩小面临诸多物理极限的限制,如源漏急剧增加的串联电阻。为此,肖特基势垒源漏MOSFET(SB-MOSFET)应运而生,它能显著降低源漏区的寄生电阻。另一方面,高迁移率沟道材料(Ge和Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体)有望代替硅作为CMOS器件的衬底材料,成为国际研究热点。但由于Ge与金属接触较高的界面态密度,会产生“费米钉扎”效应,部分抵消了SB-MOSFET的优势。基于此,本文采用Silvaco TCAD仿真软件,首先分析了肖特基势垒高度对金-半接触的开态/关态电流及其开关比的影响规律;然后从实验上制备了Ni Ge/Ge金-半结,研究了热退火对其接触特性的影响;最后,再利用Silvaco软件对Ge和Ge OI SB-MOSFETs进行了电特性仿真分析。首先,利用Silvaco软件分析了不同电子肖特基势垒高度(e SBH)分别对金属/n-Ge接触和金属/p-Ge接触电特性的影响。结果表明,对于金属/n-Ge接触,e SBH越高,肖特基二极管的关态电流越小;对于金属/p-Ge接触,随e SBH增加,呈现出类欧姆接触特性。在此基础上,进一步分析了不同衬底掺杂浓度对金属/n-Ge和金属/p-Ge的影响,发现掺杂浓度越高,金属/n-Ge接触的开态和关态电流都随之增大,而对于金属/p-Ge接触,掺杂浓度越高则欧姆接触特性越明显;对合金深度的分析表明,随合金深度增加,关态电流增加。基于上述仿真结构,实验上制备了Ni Ge/Ge金-半结,分析了不同退火温度和不同掺杂浓度对Ni Ge/n-Ge、Ni Ge/p-Ge以及两者背对背连接时接触特性的影响。从电流密度-电压(J-V)曲线提取的e SBH表明,退火温度可以调控Ni Ge/Ge接触的肖特基势垒高度,且和仿真的变化趋势吻合。随着衬底掺杂浓度增加,对于Ni Ge/n-Ge接触,肖特基二极管的整流特性变差,开态电流和关态电流均增加;对于Ni Ge/p-Ge接触,其接触电阻减小,欧姆接触特性越明显。结合SB-MOSFET的开态和关态特性要求,确定出合适的衬底浓度为1×10cm以及最佳退火温度为450℃。最后,利用Silvaco对SB-MOSFET进行了器件仿真。在上面确定的合适的衬底浓度下,针对Ni Ge/n-Ge接触不同退火温度下提取的e SBH值,分析了其对SB-MOSFET电特性的影响,确定出最佳e SBH,验证了最佳退火温度为450℃;接着分析了源漏Ni Ge合金深度(T)对SB-MOSFET电特性的影响,发现当T=10nm时器件性能最好。在此基础上,比较了Ge基和Ge OI基SB-MOSFET的电性能。结果表明,后者的关态电流较前者减小约三个量级,由此进一步分析了Ge OI中Ge层厚度(T)对电性能的影响,得出当T=10nm时,沟道全耗尽,可获得优良的器件电性能。这些仿真分析结果对实际SB-MOSFET的设计制备具有指导作用。

关键词：肖特基势垒(SB) 场效应晶体管金-半接触 Silvaco TCAD软件 Ni Ge合金绝缘层上锗(GeOI)

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相分离P（VDF-TrFE）/PFO全有机阵列的压电电子效应研究

相分离P（VDF-TrFE）/PFO全有机阵列的压电电子效应研究

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作者：王悦西安电子科技大学

学位级别：硕士

有机压电材料P(VDF-TrFE)因其具有优异的压电性是而被广泛研究。由于该材料显示出绝缘体特性,因此相关研究倾向于将P(VDF-TrFE)和有机半导体结合起来制备同时具有压电性和半导体性质的功能材料。这些功能材料在纳米机器人、人机交互、... 详细信息

有机压电材料P(VDF-TrFE)因其具有优异的压电性是而被广泛研究。由于该材料显示出绝缘体特性,因此相关研究倾向于将P(VDF-TrFE)和有机半导体结合起来制备同时具有压电性和半导体性质的功能材料。这些功能材料在纳米机器人、人机交互、能量收集等领域中具有广泛的应用前景。本文以P(VDF-TrFE)和有机半导体PFO相分离薄膜为主要研究对象,并制备了以P(VDF-TrFE)/PFO相分离薄膜为基础的晶体管,在此基础上实现了器件阵列。通过选择两种不同电极材料形成欧姆接触和肖特基接触。测试了压电电子学晶体管的压应力、极化电场、温度响应,实现了压电电荷对势垒的有效调控,避免双极性面的反向调控。充分利用该有机材料的柔性优势,扩展了其在柔性电子器件中的应用。在此基础上制作了器件阵列,测试阵列中器件单独工作的可能性。总的来说,本文制备了一种有机晶体管,避免了垂直晶体管存在的屈曲效应和双极性面反向调控。主要研究内容和结论如下:(1)制备了P(VDF-TrFE)/PFO相分离薄膜。研究了溶液浓度、成分比例、旋涂转速、退火温度和时间等因素对薄膜形貌、结晶度、表面粗糙度的影响。该实验中所得到的最优条件是:溶液总浓度30 mg/m L;P(VDF-TrFE)与PFO质量比为10:1;旋涂转速为2000 r/min;退火的温度140℃,时间3 h。得到的P(VDF-TrFE)/PFO相分离薄膜结晶度高,表面均匀无孔洞,其d压电系数为-16.65 pm/V。(2)制备了基于P(VDF-TrFE)/PFO相分离薄膜的压电晶体管并研究其性能。通过测试发现器件的响应与施加的应力大小线性相关。应力导致Al/PFO界面处的肖特基势垒降低并体现在导通电流上,如800 k Pa的压力条件下导通电流是不施加应力时的2.22倍。(3)系统研究了工作温度对基于P(VDF-TrFE)/PFO相分离薄膜的压电晶体管的影响。如工作温度从25℃升到65℃时导通电流变化了138%。(4)研究了极化方向对基于P(VDF-TrFE)/PFO相分离薄膜的压电晶体管的影响。相同条件下,与未极化状态相比,正向极化后导通电流增大,反向极化后导通电流减小。且极化之后的器件压应力响应比未极化时大了将近三倍。对比测试结果,电场极化对器件导通特性的影响比压电电荷更大。(5)研究了基于P(VDF-TrFE)/PFO相分离薄膜的压电晶体管阵列的响应特性。分别在刚性基底和柔性基底上制备了3×3的器件阵列,并对阵列器件进行压力响应测试。结果表明,本文描述的一种阵列器件制备方法可以实现独立工作、互不干扰器件单元。

关键词：压电电子学晶体管 P(VDF-TrFE) 金-半接触

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