應(yīng)變Si載流子遷移率研究.pdf

1、隨著Si基器件特征尺寸減小、電路集成度和復(fù)雜性增強(qiáng)，出現(xiàn)的一系列涉及材料、器件物理、器件結(jié)構(gòu)和工藝技術(shù)等方面的新問題，以及由此所帶來的一些寄生效應(yīng)（如漏電流增大、短溝道效應(yīng)嚴(yán)重、熱載流子效應(yīng)和遷移率退化等）嚴(yán)重影響了器件和電路性能的提升。Si基應(yīng)變技術(shù)能夠提高載流子遷移率和器件性能，與傳統(tǒng)Si工藝兼容，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外關(guān)注的研究領(lǐng)域和發(fā)展重點(diǎn)。
　　遷移率是材料和器件的重要物理參數(shù)之一，對(duì)應(yīng)變Si器件研究與設(shè)計(jì)具有極其重要的理論價(jià)值。

2、目前，研究遷移率所采用的經(jīng)驗(yàn)、半經(jīng)驗(yàn)公式基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定擬合參數(shù)，精確度高；Monte Carlo方法基于對(duì)粒子運(yùn)動(dòng)的微觀描述，其核心是用隨機(jī)數(shù)處理和散射相聯(lián)系的隨機(jī)過程。經(jīng)驗(yàn)、半經(jīng)驗(yàn)公式和Monte Carlo方法對(duì)應(yīng)變Si遷移率增強(qiáng)機(jī)理體現(xiàn)不明顯，本文建立的遷移率解析模型著眼于應(yīng)變對(duì)Si材料性能的改變，物理意義明顯，側(cè)重研究應(yīng)變Si載流子遷移率增強(qiáng)機(jī)理。
　　本文重點(diǎn)研究應(yīng)變Si載流子散射幾率和遷移率，所建模型適用于任意晶面任

3、意晶向、不同應(yīng)力類型（雙軸/單軸、張應(yīng)力/壓應(yīng)力），可為應(yīng)變Si新結(jié)構(gòu)器件提供設(shè)計(jì)依據(jù)。主要研究工作和成果如下：
　　1.建立考慮橫向電勢(shì)分布，包含短溝道效應(yīng)的應(yīng)變Si器件二維閾值電壓模型，求解過程中縱坐標(biāo)原點(diǎn)選在耗盡層邊界，降低了計(jì)算復(fù)雜度；所建閾值電壓模型精確度高，注重物理建模過程。依據(jù)所得結(jié)果分析弛豫SiGe虛擬襯底中鍺組分、溝道長(zhǎng)度、漏電壓對(duì)閾值電壓的影響，得到漏致勢(shì)壘降低（DIBL）效應(yīng)對(duì)小尺寸應(yīng)變Si器件閾值電壓的影響

4、。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)應(yīng)變對(duì)Si器件性能的影響主要體現(xiàn)于溝道材料性能參數(shù)的改變，所以溝道材料性能的提高對(duì)器件性能的改進(jìn)起著關(guān)鍵作用。
　　2.基于費(fèi)米黃金法則和玻爾茲曼方程碰撞項(xiàng)，利用弛豫時(shí)間近似求解彈性散射、非彈性散射幾率，依此建立電子/空穴的離化雜質(zhì)散射、聲學(xué)聲子散射和谷間散射/非極性光學(xué)聲子散射幾率模型，并根據(jù)所建模型以生長(zhǎng)在(001)SiGe襯底上的應(yīng)變Si為例，研究分析雙軸張應(yīng)變Si電子/空穴散射幾率，為應(yīng)變Si電子和空穴遷移率

5、研究奠定基礎(chǔ)。
　　3.基于電子散射幾率模型，考慮電子的能量問題，建立關(guān)于平均動(dòng)量弛豫時(shí)間的電子遷移率模型。以常用的(001)、(110)、(111)晶面為例，根據(jù)形變勢(shì)理論研究雙軸應(yīng)變Si導(dǎo)帶各能谷能級(jí)的移動(dòng)、分裂情況，在此基礎(chǔ)上得到電子能谷占有率，最后按照所建電子遷移率模型獲得(001)、(110)、(111)晶面應(yīng)變Si平行生長(zhǎng)面兩個(gè)垂直晶向和垂直生長(zhǎng)面晶向在不同鍺組分下，電子遷移率隨雜質(zhì)濃度的變化情況。結(jié)果表明張應(yīng)變提高電