高k柵介質GeOIMOS器件遷移率模型及表面鈍化技術研究.pdf

1、傳統(tǒng)Si基CMOS器件經過幾十年的持續(xù)發(fā)展和進步已日益接近其物理極限，很難滿足小尺寸和低功耗的進一步需求。與此同時，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。基于以上事實，本文從理論模型和實驗制備兩方面開展了相關工作，研究了 GeOI MOSFET的空穴有效遷移率模型和高k柵介質Ge MOS器件的電學性能。
　　理論方面，基于費米黃金法則，通過分析空穴載流子受到的散

2、射機制，建立了GeOI pMOSFETs空穴遷移率的基本模型。模擬結果發(fā)現(xiàn)，對于<5nm的Ge膜厚度，量子阱效應非常強烈，使空穴遷移率發(fā)生嚴重退化。進一步，研究了小尺寸堆棧高k柵介質超薄 GeOI pMOSFETs堆棧柵介質界面及埋氧層界面固定電荷的遠程庫侖散射對空穴遷移率的影響。模擬結果發(fā)現(xiàn)，鈍化層越厚，且其介電常數(shù)越小，高 k柵介質越薄，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。
　　實驗方面，對Ge MOS器件的界面特性進行了相關研究：(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基團可以有效促進Ge表面不穩(wěn)定、低k值GeOx的揮發(fā)