面向不同电路应用硅基纳米尺度新器件技术全面研究与未来展望.ppt

面向不同电路应用的硅基纳米尺度新器件技术的全面研究和未来展望;提纲;IC Goals;Functional diversification;;;;;提纲;逻辑器件的要求;器件进入纳米尺度存在的问题 -1;静态功耗增大;功耗:纳米尺度器件漏电/SS增大;;涨落性 可靠性 热耗散能力 可集成性;器件进入纳米尺度存在的问题 -2;涨落性 可靠性 热耗散能力 可集成性;解决思路;新材料/新工艺 Non-silicon elements added;;;;新材料/新工艺 Non-silicon elements added;提纲;;;新型单栅准SOI器件 新型BOI FINFET双栅器件 新型围栅纳米线器件(GAA NWFET);新型准SOI单栅??件;;工艺制备;实验演示;双栅器件优势 短沟效应抑制能力强:漏电小 更好的载流子输运 缩比能力强;平面双栅;;FINFET;新型BOI(body-on-insulator) FINFET;兼容工艺集成方案;Hard mask;; 最强的栅控能力和缩比能力 围栅器件、超薄纳米线沟道 (直径~10nm) 更好的输运特性 三维集成、存储应用潜力 More than Moore: 传感器、能源器件 ….;如何制备？;;;硅纳米线关键工艺;;围栅NWFET的实验测量结果;基于纳米线器件的电路实验演示;实验测试结果;硅纳米线围栅器件（SNWT） 实际应用的关键性问题;沟道不掺杂：无沟道杂质涨落(RDF) 其他涨落源：NW线粗糙度, NW直径涨落,SDE RDF,….;;SRAM –— SNWT v.s. planar;R. Wang, et al., IEDM 2008，PKU;体硅SNWT中退化的热效应 纳米线中能够提供热输运载体的声子模数有限 额外的接触热阻 边界热阻大：声子-边界散射比较严重;纳米线器件的可靠性：NBTI;;薄体/小尺寸器件中NBTI概率性非稳态退化;;; DTMOS;;DTMOS的工作原理 ;;陡直亚阈斜率器件(steep-slope device);TFET (tunneling FET);;;Q.Q.Huang, etal, IEDM 2011, PKU;Q.Q.Huang, etal, IEDM 2011, PKU;*;;;提纲;;GeSn pMOS: GeSn: Sn~5.3% MBE 370oC，与CMOS工艺兼容 金属S/D: NiGeSn（350oC 30s） Ion:×58%;GeSn pMOS: GeSn: Sn~5.3% MBE 370oC，与CMOS工艺兼容 金属S/D: NiGeSn（350oC 30s） Ion:×58%;Ge nMOS GeO2/Ge界面: 高压氧化、O3氧化 highest μe: 1920cm2/Vs (111) Ge HPO +LOA 1050 cm2/Vs: (001) Ge (GeO2+Al2O3） RTO+O3等离子体处理;锗基肖特基源漏;可降低漏电两个量级以上，开关比达106 Φe~0.6eV（350oC~450oC）， Φh~0.06eV， n~1.03 机制：F为主导 F：改善NiGe材料质量 F：有效钝化界面态 影响Φ F：界面形成偶极子 影响Φ ;热稳定性和表面形貌;电学特性;III-V MOSFET;III-V NMOS 基于InxGa1-xAs材料体系 采用有效的表面预处理+ALD high-k氧化层 最小LG=50nm 开态电流超过2mA/μm@VD=0.5V;;III-V PMOS？ InGaSb沟道 350度的工艺热预算 性能优异 Ge与III-V共同集成？ on Si wafer（正在研发） on Ge wafer ;提纲;;非挥发存储器件 (NVM);;电荷型存储器件;基本工作原理;;;新型双掺杂浮栅闪存器件 (Dual Doping Floating Gate ——DDFG);;新型VDNROM器件; VDNROM工作机制;F.L.Zhou,R.Huang, etal., SSE,2008,PKU;VDNROM的工艺实现;实验测量的VDNROM存储特性;VDNROM闪存的擦/写耐久性和150oC高温保持特性 ;;Emerging memory;;阻变存储器RRAM;考虑与CMOS工艺兼容的材料(Fab-friendly) SiOxNy TaOx;Silicon-rich SiOxNy RRAM;Bipolar TaOx-based RRAM;提纲;Scaling;RF applications;RF CMOS－RFIC的发展趋势;问题;;面向射频/混合信号应用的新型隔离工艺研究;;SGPS高品质因子集成电