Ⅳ族Ge及GeSn金半接触研究

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在近50年半导体产业的发展历程中,以Si CMOS器件为基础的集成电路产业遵循“摩尔定律”的预言得到了飞速发展。通过MOSFET沟道长度及器件尺寸的不断缩小及工作电压的不断下降,使其开关速度,功耗,集成度,成本等方面有了很大进步,但是,各种短沟道效应如漏致势垒降低效应、穿通效应等对器件性能的影响也越来越严重。目前,随着10nm CMOS工艺的量产,应用于集成电路的传统硅器件已日益接近其物理极限,单纯通过缩短沟道长度来提高器件性能和集成度越来越困难。为了进一步提高器件性能,Ge及GeSn等非Si高迁移率材料由于有着比Si高的多的电子及空穴迁移率以及Ge与GeSn MOS器件工艺与目前的Si CMOS工艺兼容等的优势,而受到了行业内各研究机构的广泛关注。目前,在Ge、GeSn材料pMOSFET的表面钝化,应变工艺等方面已经有了较为深入的研究,进一步提高了Ge、GeSn pMOSFET器件的性能,但在其相关研究中还存在着几个问题。首先,高质量的GeSn材料生长比较困难,目前GeSn材料的生长主要使用MBE生长方式,对其它生长方式的研究较少,而MBE设备相对较为昂贵不易普及。此外由于Ge、GeSn的n型掺杂激活载流子浓度低,n型接触多为肖特基型并且质量较差,极大的影响了Ge及GeSn nMOSFET器件的性能。针对上述两点问题,本文将从材料生长和接触两方面分别展开研究。对于材料生长方面,由于溅射生长方法相对于MBE生长方法有着成本低、效率高的优势,本文使用溅射生长的方法生长出了Ge衬底的GeSn外延材料,得到了不同Sn组分的GeSn外延材料,后对不同Sn组分的样品使用XRD、拉曼、椭偏、AFM等方法进行了表征,确定了材料的生长质量及材料特性。由于GeSn材料热稳定性较差,本文在材料生长的基础上进一步通过在不同条件对GeSn材料退火,之后对各样品分别使用XRD、拉曼、椭偏、AFM等进行表征,研究了高温对不同Sn组分GeSn材料的影响,发现在高温下,Sn很容易从GeSn材料中析出,对于相同Sn组分的GeSn材料,温度越高析出越容易,相同温度下,Sn组分越高Sn析出越容易。因此,在器件制备过程中,应选取适当的温度条件。在金半接触方面,使用C-TLM方法分别对Ge及GeSn材料的n型及p型金半接触进行了研究,通过磁控溅射的方法得到了较高质量的Ge衬底GeSn外延材料后,通过离子注入掺杂Ge及GeSn样品并激活,之后使用金属Ni做接触得到不同接触类型的C-TLM样品。首先使用较厚的金属Ni得到了Ge及GeSn的n型及p型欧姆接触,研究了退火时间,温度对接触质量的影响。之后为了进一步优化n型接触,使用较薄的金属Ni继续对Ge及GeSn材料的n型接触进行了研究,最终得到了更好的n型Ge接触。
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