高k柵介質(zhì)GeOIMOS器件遷移率模型及表面鈍化技術(shù)研究.pdf

1、傳統(tǒng)Si基CMOS器件經(jīng)過幾十年的持續(xù)發(fā)展和進(jìn)步已日益接近其物理極限，很難滿足小尺寸和低功耗的進(jìn)一步需求。與此同時(shí)，GeOI MOSFET器件具備Ge材料的高空穴遷移率和埋氧層上器件的雙重優(yōu)勢，已成為目前最有前景的替代方案?；谝陨鲜聦?shí)，本文從理論模型和實(shí)驗(yàn)制備兩方面開展了相關(guān)工作，研究了 GeOI MOSFET的空穴有效遷移率模型和高k柵介質(zhì)Ge MOS器件的電學(xué)性能。
　　理論方面，基于費(fèi)米黃金法則，通過分析空穴載流子受到的散

2、射機(jī)制，建立了GeOI pMOSFETs空穴遷移率的基本模型。模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對于<5nm的Ge膜厚度，量子阱效應(yīng)非常強(qiáng)烈，使空穴遷移率發(fā)生嚴(yán)重退化。進(jìn)一步，研究了小尺寸堆棧高k柵介質(zhì)超薄 GeOI pMOSFETs堆棧柵介質(zhì)界面及埋氧層界面固定電荷的遠(yuǎn)程庫侖散射對空穴遷移率的影響。模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鈍化層越厚，且其介電常數(shù)越小，高 k柵介質(zhì)越薄，且其介電常數(shù)越大，則空穴有效遷移率越大。此外，埋氧層厚度對前柵反型溝道空穴遷移率幾乎沒有影響，但

3、埋氧層介電常數(shù)的增加使空穴遷移率先增加后緩慢減小。
　　實(shí)驗(yàn)方面，對Ge MOS器件的界面特性進(jìn)行了相關(guān)研究：(1)利用等離子體氮化形成ZrON/GeON雙鈍化層來制備Ge MOS器件。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相比N2等離子處理，NH3等離子處理能有效改善器件的電學(xué)性能，獲得了低的界面態(tài)密度(Dit=1.64×1011 cm-2 eV-1)。XPS分析表明，由NH3等離子體分解出的H原子和NH基團(tuán)可以有效促進(jìn)Ge表面不穩(wěn)定、低k值GeOx的揮發(fā)