应变Sil-xGex/Si △i能谷附近色散关系的KP理论推导

基于对称性分析,应用KP微扰理论确定了应变Si1-xGex(0≤x<0.45)/(001),(111),(101)Si的△i能谷附近的色散关系.结果证明:应变Si1-xGx中的△i能级大小不同于弛豫Si-xGex的△1能级,而二者的横向、纵向有效质量(m*l,m*t)相同.△i和△1能级之差由形变势理论确定.最后,描述了双轴应变下外延层材料的导带带边特征.     

应变Si1-xGex/Si Δi能谷附近色散关系的KP理论推导

基于对称性分析,应用KP微扰理论确定了应变Si1-xGex（0≤x＜0．45）／（001）,（111）,（101）Si的△^能谷附近的色散关系．结果证明：应变Sil一,Ge,中的△^i能级大小不同于弛豫Si1-xGex的△1能级,而二者的横向、纵向有效质量（m1^＊,mt^＊）相同．△^i和△1能级之差由形变势理论确定．最后,描述了双轴应变下外延层材料的导带带边特征．     

提升亚微米Si CMOS器件性能的新技术———应变Si技术

详细介绍了应变Si技术产生的起因及特性、应变Si器件的优势、应变 Si器件应用中存在的问题并对应变 Si技术的市场应用前景作了简单的介绍。     

CVD生长Si基Si1-x-yGexCy合金层应变的研究

用Raman谱和AES能谱分析了用RTP/VLP-CVD方法生长在Si衬底上的SiGeC合金外延薄膜的应变。结果表明:用RTP/VLP-CVD方法生长的SiGeC合金中掺入的C呈间隙原子或替位原子的形式分布,其中大部分为间隙原子,少量为替位C原子,但是替位C原子的存在有效地调节了SiGeC合金层的应变;另外由于采用乙烯做C源,生长温度较高也使SiGeC合金层的应变部分被弛豫。由于C的掺入,Si基上生长SiGeC合金的应变和相同Ge含量的SiGe合金相比较大大减小,临界厚度大大增加,有利于在Si衬底上生长出达到一定厚度的更高质量的族元素合金半导体材料。     

选择性腐蚀Si1-xGex与Si制备绝缘体上超薄应变硅

基于应变硅以及绝缘体上超薄应变硅(SSOI)工艺,使用氢氟酸、硝酸和醋酸的混合溶液与质量分数为25%的四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液选择性腐蚀Si1-xGex与Si以制备绝缘体上超薄应变硅。研究了质量分数为0.5%～5%的HF和Si1-xGex中Ge的含量对选择性腐蚀的腐蚀速度与选择比的影响,优化了选择性腐蚀工艺。采用氨水、过氧化氢和水的混合溶液处理选择性腐蚀后的Si1-xGex与Si表面,得到了高应变度、高晶体质量的超薄SSOI。采用原子力显微镜(AFM)测试腐蚀速度以及腐蚀后的表面粗糙度;使用喇曼光谱仪表征Si1-xGex以及应变硅的组分以及应变度;使用透射电子显微镜(TEM)对SSOI的晶体质量进行了表征。结果表明,超薄SSOI的表面粗糙度(RMS)为0.446 nm,顶层Si的应变度为0.91%,顶层应变硅层厚度为18 nm,且具有高的晶体质量。     

双应变SiGe/Si异质结CMOS的设计及其电学特性的Medici模拟

本文提出一种沟道长度为0.125 μm的异质结CMOS(HCMOS)器件结构.在该结构中,压应变的SiGe与张应变的Si分别作为异质结PMOS(HPMOS)与异质结NMOS(HNMOS)的沟道材料,且HPMOS与HNMOS为垂直层叠结构;为了精确地模拟该器件的电学特性,修正了应变SiGe与应变Si的空穴与电子的迁移率模型;利用Medici软件对该器件的直流与交流特性,以及输入输出特性进行了模拟与分析.模拟结果表明,相对于体Si CMOS器件,该器件具有更好的电学特性,正确的逻辑功能,且具有更短的延迟时间,同时,采用垂直层叠的结构此类器件还可节省约50%的版图面积,有利于电路的进一步集成.     

P型张应变Si/SiGe量子阱红外探测器的能带设计

提出P型张应变Si/SiGe量子阱红外探测器(QWIP)结构,应用k·P方法计算应变Si/SiGe量子阱价带能带结构和应变SiGe合金空穴有效质量.结果表明量子阱中引入张应变使轻重空穴反转,基态为有效质量较小的轻空穴态,因此P型张应变Si/SiGe QWIP与n型QWIP相比具有更低的暗电流;而与P型压应变或无应变QWIP相比光吸收和载流子输运特性具有较好改善.在此基础上讨论了束缚态到准束缚态子带跃迁型张应变p-Si/SiGe QWIP的优化设计.     

P型张应变Si/SiGe量子阱红外探测器的能带设计

提出P型张应变Si/SiGe量子阱红外探测器(QWIP)结构,应用k·P方法计算应变Si/SiGe量子阱价带能带结构和应变SiGe合金空穴有效质量.结果表明量子阱中引入张应变使轻重空穴反转,基态为有效质量较小的轻空穴态,因此P型张应变Si/SiGe QWIP与n型QWIP相比具有更低的暗电流;而与P型压应变或无应变QWIP相比光吸收和载流子输运特性具有较好改善.在此基础上讨论了束缚态到准束缚态子带跃迁型张应变p-Si/SiGe QWIP的优化设计.     

Ge/Si应变外延薄膜的表面再构

根据有相互作用结构件的概念,讨论了Ge/Si应变外延薄膜的表面再构,并对Ge_(0.5)Si_(0.5)合金上Si薄膜为5×5的结构,提出了一种可能解释。     

基于应变Si/SiGe的CMOS电特性模拟研究

提出了一种应变Si/SiGe异质结CMOS结构,采用张应变Si作n-MOSFET沟道,压应变SiGe作p-MOSFET沟道,n-MOSFET与p-MOSFET采用垂直层叠结构,二者共用一个多晶SiGe栅电极.分析了该结构的电学特性与器件的几何结构参数和材料物理参数的关系,而且还给出了这种器件结构作为反相器的一个应用,模拟了其传输特性.结果表明所设计的垂直层叠共栅结构应变Si/SiGe HCMOS结构合理、器件性能提高.     

微区中MBE共度生长SiGe/Si异质结构的应变和退火效应

报道了在Si衬底上微米尺寸的介质膜窗口中,采用分子束外延技术共度生长的Si0.8Ge0.2薄膜的应变及其退火特性. 实验表明,微区生长材料的这些特性,与同一衬底上无边界约束条件下生长的材料相比,有明显的不同.微米尺寸窗口中生长的SiGe/Si材料的应变与窗口尺寸有关,也和窗口的掩膜中的内应力有关.实验还表明,边缘效应对于微区中共度生长的SiGe/Si材料的热稳定性也有显著的影响.在3μm×3μm窗口中共度生长的Si0.8Ge0.2/Si异质结构材料,在950℃高温退火30min后,它的应变弛豫不大于4%.远小于同一衬底上非微区生长材料的应变弛豫.文章还对微区生长材料的这些特性成因进行了探讨.     

应变Si/SiGe沟道功率UMOSFET的模拟分析

提出一种应变Si/SiGe UMOSFET结构,并与Si-UMOSFET器件的电流-电压特性进行比较;对SiGe区域在UMOSFET器件中的不同厚度值进行静态电学仿真。应变Si/SiGe异质结能够有效地提高沟道区载流子的迁移率,增大IDS,降低Vth及器件的Ron;且应变异质结与载流子有效传输沟道距离的大小,对器件的Vth、Isat、V(BR)DSS及电流-电压特性都有较大的影响。因此在满足击穿电压要求的基础上,应变Si/SiGe沟道异质结的UMOSFET相对Si-UMOSFET在I-V特性和Ron方面有较大的改进。     

UHV/CVD外延生长锗硅碳三元合金中碳的应变缓解效应

碳的加入为 Si- Ge系统在能带和应变工程上提供了更大的灵活性 .处于替代位置的碳可以缓解 Si Ge合金的应变 ,同时调节其能带 .报道了用 UHV/CVD生长的掺碳达 2 .2 %的锗硅碳合金 ,获得了良好的外延层质量 ,应变缓解效应明显 .使用了 X射线衍射 ( XRD) ,二次离子质谱( SIMS)与高分辨电子透射显微镜 ( HRTEM)对外延层进行检测 ;使用傅里叶红外吸收光谱( FTIR)确定碳原子处于替代位置 ,并对实验结果进行了讨论     

基于几何相位分析的Nb/Si{111}界面应变研究

本文使用高分辨透射电镜(HRTEM)成像和几何相位分析,研究不同溅射气压制备的铌薄膜/硅基体的界面微观结构和应变状态.研究结果表明:铌薄膜表面由花瓣状层片组织构成,层片组织随机分布,没有明显的特征取向;随着溅射气压的增大,层片尺寸随之增大,致密度减小,出现了大量孔隙,铌薄膜和硅基体之间产生铌、硅元素的混合层;随着溅射气压的增大,硅基体中应变的大小和方向均不相同,溅射气压对硅基体的应变状态具有很大影响;硅基体的应变主要来自于界面混合层和铌薄膜的作用,混合层中铌原子和硅原子相互混杂,存在大量结构缺陷,产生本征应力,从而导致硅基体中产生应变.     

采用SiGe虚拟衬底高迁移率应变硅材料的制备和表征

研究了生长在弛豫Si0.79Ge0.21/梯度Si1-xGex/Si虚拟衬底上的应变硅材料的制备和表征,这一结构是由减压外延气相沉积系统制作的.根据双晶X射线衍射计算出固定组分SiGe层的Ge浓度和梯度组分SiGe层的梯度,并由二次离子质谱仪测量验证.由原子力显微术和喇曼光谱测试结果得到应变硅帽层的表面粗糙度均方根和应变度分别为2.36nm和0.83%;穿透位错密度约为4×104cm-2.此外,发现即使经受了高热开销过程,应变硅层的应变仍保持不变.分别在应变硅和无应变的体硅沟道上制作了nMOSFET器件,并对它们进行了测量.相对于同一流程的体硅MOSFET,室温下观测到应变硅器件中电子的低场迁移率显著增强,约为85%.     

微区中MBE共度生长SiGe/Si异质结构的应变和退火效应

报道了在Si衬底上微米尺寸的介质膜窗口中,采用分子束外延技术共度生长的Si0.8Ge0.2薄膜的应变及其退火特性. 实验表明,微区生长材料的这些特性,与同一衬底上无边界约束条件下生长的材料相比,有明显的不同.微米尺寸窗口中生长的SiGe/Si材料的应变与窗口尺寸有关,也和窗口的掩膜中的内应力有关.实验还表明,边缘效应对于微区中共度生长的SiGe/Si材料的热稳定性也有显著的影响.在3μm×3μm窗口中共度生长的Si0.8Ge0.2/Si异质结构材料,在950℃高温退火30min后,它的应变弛豫不大于4%.远小于同一衬底上非微区生长材料的应变弛豫.文章还对微区生长材料的这些特性成因进行了探讨.