ge组分对应变si1xgex沟道pmosfet电学特性影响qz3gbo.doc

2012-07-13################20112－-x07-x13#######2#012-07-13########电 学 特 性 影 响 *洲1)茺1) 王洪涛1)胡伟达22012-07-13################20112－-x07-x13#######2#012-07-13########电 学 特 性 影 响 *洲1)茺1) 王洪涛1)胡伟达2)宇1) 杨王杨1) ( 云南大学光电信息材料研究所 ，昆 明 650091)2) ( 中国科学院上海技术物理研究所 ，红外物理国家重点实验室 ，上 海 200083) ( 2010 年 1 月 12 日 收 到 ; 2010 年 11 月 11 日 收 到 修 改 稿 )利用二维数值模 拟 方 法 ，研 究 了 不 同 Ge 组 分 应 变 Si1 － x Gex 沟 道 p-MOSFET 的 电 容 -电压特性以及阈值电 压 的变 化 情 况 ． 计 算 结 果 表 明 : 提 高 应 变 Si1 － x Gex 沟 道 层 中 的 Ge 组 分 ，器件亚阈值电流明显增 大 ; 栅电容在器件进入反 型 状态时产生显著变化 ; 阈值电压的改变量与 Ge 组 分基本成线性关系 ． 通 过 改 变 Si1 － x Gex 沟 道 的 长 度 ，并 结 合 相 关 物 理 模 型 ，在低电场情况下 ，沟道中的空穴迁移率与总电阻对沟道长度的微分成反比关系 ．关 键 词 : 应 变 Si1 － x Gex 沟 道 ，p-MOSFET，空 穴 迁 移 率 ，栅 电 容PACS: 71． 15．－ m，73． 63． HsHfSiOx 高 k 栅 介 质 和 TaN 金 属 栅 极 代 替 传 统 的SiO2 栅 介 质 和 多 晶 硅 栅 极 ，数 值 模 拟 了 亚 60 nm Si / Si0. 25 Ge0. 75 / Si 异 质 结 p-MOSFET 的 短 沟 道 效 应 ． Ge1.引言在 传 统 的 体 硅 CMOS 技 术 中 ，空 穴 迁 移 率 只 有电 子 迁 移 率 的 1 /2 到 1 /3 左 右 ． 因 此 ，在 版 图 设 计 中 为 实 现 驱 动 电 流 的 匹 配 ，通 常 要 把 p-MOSFET 面 积 设 计 得 比 n-MOSFET 大 2—3 倍 ，但 这 又 往 往 降 低 了芯 片 的 集 成 度 和 速 度 ． Nayak 等 人［1］ 最 早 通 过 实 验证 明 了 应 变 Si1 － x Gex 沟 道 的 p-MOSFET 比 体 硅 p- MOSFET 具 有 更 高 的 空 穴 迁 移 率 ． 也 就 是 说 ，使 用 Si1 － x Gex 材 料 作 为 导 电 沟 道 ，将会有利于改善 CMOS 电 路 的 性 能 和 集 成 密 度 ． 又因为其制作过程与传统 的 硅 工 艺 相 兼 容 ，应 变 Si1 － x Gex 沟 道 p-MOSFET 结 构 越 来 越 受 到 人 们 的 重 视［2—5］ ．国 际 上 对 应 变 Si1 － x Gex 沟 道 p-MOSFET 已 有 较 多 研 究 ，Bindu 和 Lukic 等 人［6，7］ 分 别 提 出 了 器 件 的 漏 源 电 流 和 阈 值 电 压 物 理 解 析 模 型 ，探 讨 了 不 同 器 件 尺寸条件下的驱 动电 流以及亚阈值特 性 ． Fiorenza组 分 作 为 应 变 SiGex 沟 道p-MOSFET的 一 个 极 其1 － x重 要 的 参 数 ，其 大 小 不 仅 决 定 了 Si / SiGex 异 质 结1 － x中 的 价 带 偏 移 量 ，还 影 响 了 Si 缓 冲 层 / SiGex 沟1 － x道 / Si 覆 盖 层 结 构 所 形 成 的 二 维 空 穴 气 ( 2DHG) 中的 空 穴 迁 移 率 ． 然 而 ，目 前 关 于 Ge 组 分 对 应 变 SiGe 沟 道 p-MOSFET 电学 特性影响的报道相 对较少 ，大 都 只是简单比较了 Ge 组 分 呈 三 角 形 分 布 和 矩 形 分布 时 器 件 的 饱 和 输 出 特 性 ． 为 此 ，本 文 采 用 二 维 数 值 模 拟 方 法 ，分 别 计 算 了 在 不 同 Ge 组 分 下 器 件 的转 移特性以及栅电 容 随 栅 偏 压 的 变 化 情 况 ，并 对 阈 值 电压的变化情况 进 行 了 模 拟 分 析 ． 结 合 相 关 物 理模 型 ，较 好 地 解 释 了 器 件 电 阻 随 沟 道 长 度 的 变 化 关