采用低剂量H^+注入技术制备绝缘体上锗材料

利用离子剥离技术在Ge晶圆上制备绝缘体上锗(GOI)时,高剂量H+注入会导致Ge晶格损伤,而且剥离后Ge表面粗糙度较大。为了解决以上问题,在Si衬底上外延Ge/Si0.7Ge0.3/Ge异质结构代替纯Ge制备GOI,研究了异质结构样品有效剥离的临界H+注入条件和相应的GOI表面粗糙度。使用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)对样品在H+注入和剥离后的裂缝形成过程、表面形貌、界面晶格损伤等进行观察和表征。实验结果表明,由于超薄Si0.7Ge0.3层对注入H+的吸附作用,剥离临界H+注入剂量由5.0×1016 cm-2下降到3.5×1016 cm-2,且在降低注入成本的同时也有效减少了H+注入对Ge晶格的损伤;由于剥离只发生在超薄Si0.7Ge0.3层,GOI表面粗糙度降低到1.42 nm (10μm×10μm)。该方法为制备高质量GOI材料提供了一种新思路。

高k栅介质小尺寸全耗尽绝缘体上锗p型金属氧化物半导体场效应晶体管漏源电流模型

通过求解沟道的二维泊松方程得到沟道表面势和沟道反型层电荷,建立了高k栅介质小尺寸绝缘体上锗(Ge OI)p型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)的漏源电流解析模型.模型包括了速度饱和效应、迁移率调制效应和沟长调制效应,同时考虑了栅氧化层和埋氧层与沟道界面处的界面陷阱电荷、氧化层固定电荷对漏源电流的影响.在饱和区和非饱和区,漏源电流模拟结果与实验数据符合得较好,证实了模型的正确性和实用性.利用建立的漏源电流模型模拟分析了器件主要结构和物理参数对跨导、漏导、截止频率和电压增益的影响,对Ge OI PMOSFET的设计具有一定的指导作用.

基于应变锗的金属—半导体—金属光电探测器

通过对锗(Ge)半导体材料进行拉伸应变和n型掺杂,可以提高其电子迁移率和发光性能。将薄膜卷曲技术与微电子加工技术相结合,制备出悬浮的Ge微米带结构,实现了单轴和双轴2种不同的应变状态,并且可以通过调整光刻图案来控制Ge的应变状态和大小。利用这一方法,制备出了高性能双轴应变Ge对称型肖特基接触金属-半导体-金属(MSM)光电探测器。经测试,在1 V偏压和入射功率为1 000 nW的863 nm激光下,该探测器具有低至nA量级的暗电流和高达713的电流开/关比。该性能的实现主要是依赖于双轴应变和掺杂对Ge能带的修饰。研究结果展示了应变Ge在光电探测领域的优势,也证明了其在Si兼容光学通信设备中的应用潜力。

组分可控的浓缩法制备高锗组分SGOI的研究(英文)

高Ge组分的SiGe薄膜在应变硅、应变锗以及高速器件的应用前景十分广阔。本文以Si/SiGe/SOI(绝缘体上的硅)结构为初始样品,设计了系统性的氧化浓缩实验,通过大量的分析和参数调整,制备获得了不同组分比的绝缘体上锗硅(SiGe on insulator,SGOI)薄膜样品。结合X射线衍射(XRD)和拉曼光谱(Raman)等测试手段表征了制备样品的晶格质量和元素组分,其中Ge组分最高达到80.5%。综合分析表明:在适当的条件下,Ge组分和浓缩时间线性关系明显,浓缩制备SGOI材料可以做到组分可控性,为相关的进一步研究提供便利。

不同直径张应变锗材料对光谱和晶体质量的影响

绝缘体上张应变锗材料是通过能带工程提高锗材料光电性能得到的一种新型半导体材料,在微电子和光电子领域具有重要的应用前景。采用微电子技术中的图形加工方法以及利用锗浓缩的技术原理,在绝缘体上硅(SOI)材料上制备了绝缘体上张应变锗材料。喇曼与室温光致发光(PL)测试结果表明,不同圆形半径的绝缘体上锗材料张应变均为0.54%。对于绝缘体上张应变锗材料,应变使其发光红移的效果强于量子阱使其发生蓝移的效果,总体将使绝缘体上张应变锗材料的直接带发光峰位红移。同时0.54%张应变锗材料的直接带发光强度随着圆形半径的增大而减弱,这主要是因为圆形半径大的样品其晶体质量较差。该材料可进一步用于制备锗微电子和光电子器件。

硅锗界面热应力的控制及晶圆级GeOI的制备

智能剥离技术是制备绝缘体上锗（GeOI）衬底的常用方法。然而,由于锗与硅之间的热膨胀系数相差较大,硅锗键合界面较大的热应力可能导致键合对裂片或者解键合。通过对硅锗异质键合对的热应力问题进行理论分析,建立了硅锗双平板热应力模型。提出4种抑制热应力的实验方案,并得出优化退火条件是解决热应力问题最有效的办法。采用智能剥离技术在优化退火条件下成功制备了4英寸（1英寸=2.54 cm）晶圆级GeOI衬底,转移的锗薄膜厚度偏差小于2%,均方根表面粗糙度低至0.42 nm,喇曼光谱显示转移的锗薄膜内残余应力较小,制备的GeOI衬底可以为后续高迁移率器件制备或硅基Ⅲ-Ⅴ族异质集成提供材料平台。

SOI-纳米技术时代的高端硅基材料

绝缘体上硅(SOI)是纳米技术时代的高端硅基材料。详细介绍了SOI在半导体技术领域中的应用,以及近年来为满足SOI的特殊应用要求研发的多种SOI新材料及其制备技术;综述了绝缘体上应变硅(sSOI),绝缘体上锗(GOI)等SOI技术的现状和发展动向;最后,对SOI技术的发展前景进行了展望。

氧化浓缩法制备SGOI材料

利用SiGe/SOI材料的高温常压氧化技术,研制了SGOI材料。通过透射电镜和Raman光谱分析,获得了SGOI材料的微结构和成份特性。实验结果表明,经过高温氧化,原来的SiGe/SOI材料中的SOI层转变成SiGe层,SiGe层的成分分布均匀,并且通过产生位错等缺陷释放应变,因而形成了具有高度弛豫SiGe层的SGOI材料。

智能剥离制备GOI材料

绝缘体上锗(Germanium-on-Insulator,GOI)结合了Ge材料及SOI(Silicon-on-Insulator)结构的优点,是一种极具吸引力的Si基新型材料.GOI材料不仅具有高的电子和空穴迁移率,同时其独特的全介质隔离结构可以避免短沟道效应,降低寄生电容和结漏电流.首先研究不同表面处理方法对体Ge与SiO2/Si晶片键合强度的影响,实验结果显示采用N2等离子体活化处理结合氨水溶液(NH4OH∶H2O=1∶10)亲水性处理,所得到的体Ge与SiO2/Si晶片的键合效果较好,其键合强度>3.8 MPa.利用智能剥离技术(Smart-Cut TM)制备了绝缘体上锗材料.SEM测试显示GOI材料键合质量良好,界面清晰平整,并且Ge层大部分面积无空洞.实验分析得到GOI材料的压应力及XRD(004)摇摆曲线中Ge峰的不对称是由GOI表面的注氢损伤层引起的.真空500℃退火30min对于注入损伤层的应力具有释放作用,但无法修复注入损伤.用溶液(NH4OH∶H2O2∶H2O=1∶1∶10)腐蚀去除注入损伤层后,应力层被去除,并且获得Ge峰半高宽仅为70.4arc sec的GOI材料.

SOI—纳米技术时代的高端硅基材料

绝缘体上硅(SOI)是纳米技术时代的高端硅基材料。本文详细介绍了SOI在半导体技术领域中的应用;以及近年来为满足特殊应用要求而研发出的多种SOI新材料及其制备技术;综述了绝缘体上应变硅(sSOI)、绝缘体上锗(GOI)等SOI技术的研发现状和发展动向;最后,展望了SOI技术的发展前景。

基于SGOI和CESL结构的新型应变硅NMOSFET的有限元研究

应变硅技术通过在沟道区引入适当的应变,达到提高载流子迁移率、改善MOS器件性能的目的。利用有限元法,研究了一种基于SGOI与氮化硅CESL应变结构的新型应变硅NMOS-FET。结果表明,与采用单一的SGOI或CESL结构相比,两者共同作用下的新结构能更有效地提高沟道应变。增加氮化硅薄膜的本征应力、减小应变硅层厚度、适当提高锗组分,均能有效增加硅沟道区的应变量。采用有限元分析进行的模拟研究,可弥补实验测量的不足,为纳米级应变硅器件的设计和制造提供参考。

新型无结型晶体管特性仿真及性能优化设计

随着晶体管特征尺寸缩小至10 nm以下,传统Si基MOSFET面临诸多挑战,而新型沟道材料和器件结构将有望进一步提升器件性能。基于绝缘体上锗衬底的无结型晶体管(GOI-JLT)制作工艺简单、电学特性优良,有望在空间电子系统中应用。利用TCAD仿真软件Sentaurus,研究了GOI-JLT的电学特性,提出一种通过调节沟道掺杂分布来优化器件性能的方法。仿真结果表明,沟道采用高斯掺杂分布,能显著降低器件关态漏电流(降低约三个数量级),提高开关比(提高约三个数量级),抑制短沟道效应。

纳米技术时代的高端硅基材料-SOI,sSOI和GOI

本文综述了纳米时代的高端硅基材料-SOI,sSOI和GOI,并结合介绍了上海微系统所和上海新傲科技有限公司相关的研究工作。