Si-SiGe材料三维CMOS集成电路技术研究(英文)

根据SiGe材料的物理特性,提出了一种新有源层材料的三维CMOS集成电路.该三维CMOS集成电路前序有源层仍采用Si材料,制作nMOS器件;后序有源层则采用SiGe材料,以制作pMOS器件.这样,电路的本征性能将由SinMOS决定.使用MEDICI软件对Si-SiGe材料三维CMOS器件及Si-SiGe三维CMOS反相器的电学特性分别进行了模拟分析.模拟结果表明,与Si-Si三维CMOS结构相比,文中提出的Si-SiGe材料三维CMOS集成电路结构具有明显的速度优势.

非掺杂型Si/SiGe异质结外延与表征

以自旋为编码单元的硅基半导体量子计算与传统微电子工艺兼容,易拓展且可以同位素纯化提高退相干时间,因而备受关注.本研究工作通过分子束外延生长了高质量非掺杂型Si/SiGe异质结并测试了二维电子气迁移率.球差电镜观察到原子级尖锐界面,原子力显微镜表征显示其表面均方根粗糙度仅为0.44 nm,低温下迁移率达到20.21×10^(4)cm^(2)·V^(–1)·s^(–1).不同栅压下载流子浓度和迁移率的幂指数为1.026,材料丁格比值在7—12之间,表明载流子主要受到背景杂质散射和半导体/氧化物的界面散射.

太赫兹Si/SiGe量子级联激光器的能带设计

使用nextnano^3模拟软件计算Si／Si1-xGex／Si量子阱的能带结构，对Si／SiGe量子级联激光器有源区的能带结构进行设计，结果表明使用Ge组分为0．27～0．3，量子阱宽度为3nm的SiGe合金与垒宽为3nm的Si层构成对称应变级联异质结构，有利于优化THz Si／SiGe量子级联激光器结构。

垂直入射Si_(0.7)Ge_(0.3)/Si多量子阱光电探测器

报道了正入射 Si0 .7Ge0 .3/Si多量子阱结构光电探测器的制作和实验结果 .测试了它的光电流谱和量子效率 .探测器的响应波长扩展到了 1 .3μm以上波段 .在 1 .3μm处量子效率为0 .1 % .量子效率峰值在 0 .95μm处达到 2 0 % .

光化学气相淀积SiGe/Si材料的机制分析

本文对光化学气相淀积 Si Ge/Si过程中气相反应机制和表面反应历程进行了分析和讨论 .利用表面反应动力学的有关理论 ,结合光化学气相淀积的特点 ,推导出光化学气相淀积Si Ge/Si过程中的生长速率和生长压力的关系 .并给出该理论结果和实际实验结果的比较 .

Si/SiGe-OI应变异质结构的高分辨电子显微分析

为了研究失配应变的弛豫机理 ,利用高分辨电子显微镜 (HREM)对超高真空化学气相沉积 (U HVCVD) Si/Si Ge- OI材料横截面的完整形貌和不同层及各层之间界面区的高分辨晶格像进行观察 .发现此多层结构中存在 6 0°位错和堆垛层错 .结合 Matthews和 Blakeslee提出的临界厚度的模型和相关的研究结果对 6 0°位错组态的形成和存在原因进行了分析 .在具有帽层结构的 Si1 - x Gex 应变层靠近基体一侧的界面中仅存在单一位错 ,验证了

三维CMOS集成电路技术研究

论述了三维集成电路(3D IC )的发展概况,介绍了近几年国外发展的各种三维集成电路技术,主要包括再结晶技术、埋层结构技术、选择性外延过生长技术和键合技术。并基于 SiGe 材料特性,提出了一种新型的 Si-SiGe 三维 CMOS 结构,即将第一层器件(Si nMOS)做在 SOI(Si on insulator)材料上,接着利用 SiO2/SiO2低温直接键合的方法形成第二层器件的有源层,然后做第二层器件(SiGe pMOS),最终形成完整的三维 CMOS结构。与目前所报道的 Si 基三维集成电路相比,该电路特性明显提高。

电子辐照SiGe HBT和SiBJT的直流特性分析

研究了 1 MeV 不同剂量电子辐照前后 SiGe 异质结晶体管(HBT)的直流特性,并与 Si 双极晶体管(BJT)进行了比较。结果表明辐照后 SiGe HBT 的 IB基本不变,IC和β 都下降;随电子辐照剂量的增加,Ic和β 都减小。对 Si BJT 而言,IB和 IC与在相同辐照剂量辐照后的 SiGe HBT 相比都增大很多,β 下降幅度也很大。这说明 SiGe HBT 具有比 Si BJT 更好的抗辐照性能。对电子辐照后器件电学性能的变化机制进行了初步分析。

薄虚拟SiGe衬底上的应变Si pMOSFETs(英文)

成功地试制出薄虚拟SiGe衬底上的应变Si pMOSFETs.利用分子束外延技术在100nm低温Si(LT- Si)缓冲层上生长的弛豫虚拟Si0.8Ge0.2衬底可减薄至240nm.低温Si缓冲层用于释放虚拟SiGe衬底的应力,使其应变弛豫.X射线双晶衍射和原子力显微镜测试表明:虚拟SiGe 衬底的应变弛豫度为85%,表面平均粗糙度仅为1. 02nm.在室温下,应变Si pMOSFETs的最大迁移率达到140cm2/(V·s).器件性能略优于采用几微米厚虚拟SiGe衬底的器件.

GSMBE生长的用于研制HBT的SiGe/Si异质结材料

用 GSMBE法生长了 Si/ Si Ge/ Si异质结构材料 .采用双台面结构制造了 Si Ge/ Si NPN异质结晶体管 .在发射结条宽为 4μm,面积为 4μm× 1 8μm的条件下 ,其共发射极直流放大倍数为 75,截止频率为 2 0 GHz.给出了结构设计。

Si/SiGe异质结构的硅盖层中应变对Raman谱特征的影响

应变Si/SiGe异质结构通过大剂量Ge离子注入并结合高温快速热退火制备而成。325nm波长的紫外激光被用于调查应变Si盖层的Raman谱特征。实验发现,硅盖层中的张应变导致硅的520cm-1的一级拉曼散射峰向低频方向偏移,峰的偏移程度反映硅盖层中横向张应力的大小约为12.5×108N·m-2。硅盖层中的张应变并未导致1555和2330cm-1的次级拉曼散射峰的变化。

采用SiGe虚拟衬底高迁移率应变硅材料的制备和表征(英文)

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%.

具有高电流增益-击穿电压优值的新型应变Si/SiGeHBT

为了改善器件的高压大电流处理能力,利用SILVACOTCAD建立了应变Si/SiGe HBT模型,分析了虚拟衬底设计对电流增益的影响.虚拟衬底可在保持基区-集电区界面应力不变的情况下实现基区Ge组分的高掺杂,进而增大电流增益.但器件的击穿电压仍然较低,不利于输出功率的提高和系统信噪比的改善.考虑到集电区设计对电流增益影响不大但与器件击穿电压密切相关,在采用虚拟衬底结构的同时,对器件的集电区进行选择性注入设计.该设计可在集电区引入横向电场,进而提高击穿电压.结果表明:与传统的SiGe HBT相比,新器件的电流增益和击穿电压均得到显著改善,其优值β·V_(CEO)。改善高达14.2倍,有效拓展了微波功率SiGe HBT的高压大电流工作范围.

多发射极Si/SiGe异质结晶体管

在硅衬底上外延生长一层Si_(1-x)Ge_x合金材料,它的带隙随组分x的增加而变窄,如果用Si_(1-x)Ge_x窄带材料作晶体管基区,利用硅作为集电极和发射极构成双极晶体管,就可以很容易实现器件的高频、高速、大功率。设计了一种以Si/Si_(1-x)Ge_x/Si为纵向结构,梳状10指发射区为横向结构的异质结晶体管,利用双台面工艺方法制造出具有如下参数的器件:电流增益β=26、V_(CB)=7V、I_(CM)≥180mA、f_T≤ 2GHz,实现了高频大功率,充分显示出Si/Si_(1-x)Ge_x材料的优越性。

硅基波导共振增强型光电探测器的设计与模拟

SiGe是间接带隙材料,吸收系数非常小,因而SiGe探测器在红外波段的量子效率很低.本文提出一种新型的探测器结构,即波导共振增强型光电探测器,该器件主要由两个介质布拉格反射镜和波导吸收区构成,器件尺寸较传统波导型探测器大为减小,吸收区的长度不受SiGe临界厚度的限制,实现了量子效率和响应速度的优化.本文在数值模拟的基础上,对器件结构进行了优化设计,结果表明7·6μm长的波导探测器可以得到20%以上的量子效率.

新型SiGe/Si异质结开关功率二极管的特性分析及优化设计

将SiGe技术应用于功率半导体器件的特性改进 ,提出了新型SiGe/Si异质结p i n开关功率二极管结构 ,在分析器件结构机理的基础上 ,用Medici模拟了该器件的特性并进行了优化设计 .结果表明 ,该功率二极管具有低的正向压降 ,较少的存贮电荷 ,其性能远远超过Si的同类型结构 .这种性能的改进无需采用少子寿命控制技术 ,因而很容易集成于功率IC中 .

基区杂质外扩对SiGe/Si HBT低温特性的影响

ＳｉＧｅ／ＳｉＨＢＴ的基区杂质在工艺过程中外扩到发射区和收集区，使得低温增益下降。提出采用适当厚度的隔离层的方法，使ＨＢＴ电流增益在低温下增长。

柔性衬底非晶硅/非晶硅锗叠层太阳电池

首先研究沉积温度对p型材料的影响,并应用于非晶硅锗单结太阳电池,发现在140℃下沉积的p层最适合,这与非晶硅太阳电池有较大差别。其次研究3种不同结构隧穿结对叠层太阳电池性能的影响,发现p+-nc-Si/n+-a-Si隧穿结最优。在上述基础上,获得效率为11.21%的柔性聚酰亚胺衬底非晶硅/非晶硅锗叠层太阳电池。

硅中高剂量锗离子注入的快速热退火研究

报道了利用高剂量 Ge^+注入制备 SiGe/Si 异质结的工作。100keV、5.3×10^(16)/cm^2Ge^+注入(001)SIMOX膜中,峰值Ge^+浓度接近20％。样品在不同温度下进行不同时间的快速热退火,X 射线衍射分析和背散射沟道谱研究表明:1000℃退火0.5h,退火效果较好;退火时间过短或过长,退火温度过高或过低,都将影响退火效果。

UHV/CVD外延生长SiGe/Si表面反应动力学

利用 Si H4 和 Ge H4 作为源气体 ,对 UHV/CVD生长 Si1- x Gex/Si外延层的表面反应机理进行了研究 ,通过 TPD、RHEED等实验观察了 Si( 1 0 0 )表面 Si H4 的饱和吸附、热脱附过程 ,得出 Si H4 的分解应该是每个 Si H4 分子的 4个 H原子全部都吸附到了 Si表面 ,Si H4 的吸附率正比于表面空位的 4次方 ,并分析了 Ge H4 的表面吸附机制 .在此基础上建立了 UHV/CVD生长Si1- x Gex/Si的表面反应动力学模型 ,利用模型对实验结果进行了模拟 。