延伸摩爾定律：基于GeSn的高性能、低功耗場(chǎng)效應(yīng)晶體管研究.pdf

1、摩爾定律經(jīng)歷了半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，芯片集成度不斷增大，性能繼續(xù)提高。但是隨著器件特征尺寸接近納米量級(jí)時(shí)，器件制作工藝遇到挑戰(zhàn)，短溝道效應(yīng)等問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重影響到器件性能。根據(jù)國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖預(yù)測(cè)，對(duì)于14 nm以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)，現(xiàn)有工藝技術(shù)將不能滿足芯片高性能、低功耗的要求。為了繼續(xù)延伸摩爾定律，平衡芯片功耗和性能之間的矛盾，基于新材料的器件設(shè)計(jì)與研發(fā)已經(jīng)成為國(guó)際半導(dǎo)體界研究的熱門(mén)課題。
　　基于此背景，本文采用了GeSn合金這一新型材料

2、，GeSn合金具有載流子遷移率高、帶隙可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)應(yīng)變工程和能帶工程，我們研究了高遷移率GeSn p溝道MOSFET和低功耗GeSn pTFET。取得的主要研究成果如下：
　　1）研究了（001）、（011）、（111）無(wú)摻雜Ge0.92Sn0.08量子阱溝道pMOSFET器件，采用MBE生長(zhǎng)高質(zhì)量的GeSn薄膜，GeSn/Ge異質(zhì)結(jié)形成量子阱結(jié)構(gòu)，界面采用原位 Si2H6鈍化。探討了晶面取向?qū)?GeSn器件電學(xué)性能的影響。實(shí)

3、驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：（111）Ge0.92Sn0.08 pMOSFET具有最高的有效空穴遷移率 eff=845cm2/Vs。
　　2）采用 Si襯底，成功制備了弛豫 Ge0.97Sn0.03 pTFET器件。研究了溫度對(duì)Ge0.97Sn0.03 pTFET電學(xué)性能的影響，證明BTBT在隧穿電流中占據(jù)主導(dǎo)地位；首次在弛豫Ge0.97Sn0.03器件上施加0.14％的單軸張應(yīng)變，在VDD=-1 V時(shí)，與弛豫器件相比，應(yīng)變器件開(kāi)態(tài)電流提升了10%。

4、
　　3）模擬研究了新型Ge1-xSnx/Ge1-ySny雙柵HE-NTFET結(jié)構(gòu)，探討了異質(zhì)結(jié)在溝道中的位置對(duì)器件SS、ION等的影響，LT-H越小，BTBT開(kāi)啟越延遲，VONSET越大。器件處于開(kāi)態(tài)時(shí)，異質(zhì)結(jié)的存在有助于減小隧穿勢(shì)壘，提高隧穿電流。LT-H=4 nm時(shí)， Ge0.92Sn0.08/Ge0.94Sn0.06 HE-NTFET表現(xiàn)了優(yōu)異的性能，平均 SS為48 mV/decade，ION比Ge0.92Sn0.08同