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ge沟道肖特基源漏场效应晶体管的制备与特性分析

Ge沟道肖特基源漏场效应晶体管的制备与特性分析

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作者：张茂添厦门大学

学位级别：硕士

随着半导体技术的不断发展,Si MOSFET器件的小型化日益接近其物理极限,而具有高迁移率的ge材料和hfo2等高κ介质由于其在未来MOSFET技术中的应用前景得到研究者的广泛关注。各种新结构ge MOSFET器件中,肖特基源漏场效应晶体管(SB-MOSFET... 详细信息

随着半导体技术的不断发展,Si MOSFET器件的小型化日益接近其物理极限,而具有高迁移率的ge材料和hfo2等高κ介质由于其在未来MOSFET技术中的应用前景得到研究者的广泛关注。各种新结构ge MOSFET器件中,肖特基源漏场效应晶体管(SB-MOSFET)因为在源漏浅结的制造、源漏接触电阻的降低、制备温度的降低和制备工艺的简化等方面具有优势而成为了研究的热点。本文首先通过仿真模拟分析了SB-MOSFET的特性和工作原理,并分别设计了传统pn结源漏MOSFET和SB-MOSFET两种器件的结构、工艺及版图。分别以体ge、体Si、绝缘体上ge材料(germaium on insulator, GOI)和绝缘体上Si材料(silicon on insulator, SOI)为衬底制备了上述两种器件,并进行相应的特性表征和分析,得到的主要成果如下： 1、对p沟道SB-MOSFET器件的仿真结果表明：与体ge衬底相比,GOI衬底上实现SB-MOSFET具有更大的开态电流和更小的关态电流。器件的驱动电流随着源漏处肖特基结的电子势垒高度增大而增大;而关态电流随着GOI上ge层厚度的减小而降低。 2、在ge、Si衬底上制备了pn结源漏MOSFET。其中ge MOSFET的有效空穴迁移率达到了200cm2.V-1s-1,比传统Si MOSFET略高,并且是实验对照SiMOSFET的三倍左右。但是,由于制备的两个器件有效掺杂浓度较低,使器件串联电阻非常大,限制了器件驱动电流的提高;另一方面由于在高温下退火,引起了栅介质性能退化。ge MOSFET和Si MOSFET都因这一原因而使器件的转移特性和栅极性能未表现出较理想的性质。 3、在体ge、体Si、GOI衬底上制备了SB-MOSFET,性能测试表明,制备的ge器件获得了较好的特性,其源漏肖特基结整流比达到5.6×102,并获得了较小的亚阈值摆幅,约278mV/dec;较大的开关比,约4.5×102;其有效空穴迁移率达到了275cm2.V-1s-1,比传统Si MOSFET提升了约83%。制备的Si器件获得了较小的亚阈值摆幅约139mV/dec和较大的开关比约1.7×103。GOISB-MOSFET的峰值有效空穴迁移率达到了300cm2. V-1s-1,但由于衬底材料本身掺杂过高,导致器件关态电流过大,影响了器件的转移特性和输出特性。

关键词： hfo2/ge 肖特基势垒掺杂浓度开态电流关态电流迁移率

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