应变SiGe/Si异质结CMOS关键技术研究

论文题目: 应变SiGe/Si异质结CMOS关键技术研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 微电子学与固体电子学

作者: 王伟

导师: 张鹤鸣

关键词: 应变,异质结,共栅

文献来源: 西安电子科技大学

发表年度: 2005

论文摘要: SiGe技术将能带工程和应变工程引入了Si器件和集成电路。利用SiGe／Si能带的不连续性，可以设计电子（或空穴）量子阱；利用生长SiGe／Si赝晶产生的应变效应可以改变材料性质，提高载流子的迁移率。由于SiGe技术与Si工艺相兼容，具有维系Si工艺巨大经济性的优势，受到广泛关注和重视。 利用张应变Si电子迁移率和压应变SiGe空穴迁移率比体Si高的优越特性，可以制作出高性能的n-MOSFET和p-MOSFET。但要在同一层结构的材料上实现n-MOSFET和p-MOSFET的集成则比较困难，因为空穴和电子输运在不同的材料层，所需生长的层结构不同。 针对这一问题，本论文对集成应变Si和应变SiGe沟道的SiGe／Si异质结CMOS（HCMOS）进行了较深入研究。分析了应变Si和应变SiGe沟道MOSFET器件的结构和工作机理，包括表面沟道、埋沟、调制掺杂和双沟道结构，讨论了制备器件的关键技术——驰豫SiGe“虚衬底”。详细介绍了SiGe／Si HCMOS结构和优缺点。 本文提出了一种新颖的垂直层叠共栅结构SiGe／Si HCMOS。该结构同时包含压应变Si1-xGex空穴量子沟道和张应变Si电子量子沟道。p-MOSFET和n-MOSFET采用完全一致的层结构设计，二者共同合用一个多晶Si1-xGex栅电极，而且不需要注阱和腐蚀有源层，技术与Si工艺相兼容。且SiGe／Si HCMOS面积比体Si CMOS缩小了一半，器件性能将大幅度提高。 在建立应变Si和应变SiGe材料物理参数模型基础上，采用二维数值器件模拟工具Medici对所提出的垂直层叠共栅结构SiGe／Si HCMOS进行了模拟和分析，包括直流稳态特性、交流小信号特性、瞬态特性，验证其可行性。深入研究了器件阈值电压、特征频率、跨导、驱动电流等电学参数与器件几何结构参数和材料物理参数之间的关系。揭示了所提出的层结构的作用及其对器件性能所显示的优越性，如器件结构中所设计的驰豫Si0.7Ge0.3中间层对应变Si1-xGex（x＞0.3）沟道中空穴和应变Si沟道中电子之间散射的抑制作用，以及结构中设计应变Si帽和驰豫Si0.7Ge0.3帽的必要性。研究工作获得了有意义的相关结论，对于器件设计具有重要意义。最后给出优化后的器件层结构参数和器件特性，并将反相器作为对该结构的一个应用，模拟了其传输特性。 模拟结果表明所设计的垂直层叠共栅结构SiGe／Si HCMOS结构合理、器件性能提高。 本文提出的垂直层叠共栅SiGe／Si HCMOS结构具有创新性。

论文目录:

摘要

Abstract

目录

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究发展状况

1.3 本文工作的目的、意义及内容

第二章 应变Si和应变SiGe物理模型

2.1 Si／SiGe材料系统的应变晶格结构

2.2 应变Si的物理参数模型

2.2.1 应变Si能带结构

2.2.2 应变Si载流子有效质量

2.2.3 应变Si有效状态密度和本征载流子浓度

2.2.4 应变Si迁移率模型

2.3 应变SiGe的物理参数模型

2.3.1 应变SiGe能带结构

2.3.2 应变SiGe载流子有效质量

2.3.3 应变SiGe有效状态密度和本征载流子浓度

2.3.4 应变SiGe载流子迁移率

2.3.5 应变SiGe介电常数

2.4 本章小结

第三章 应变Si和应变SiGe沟道MOSFET

3.1 Si／SiGe异质结量子阱和二维载流子气

3.2 SiGe／Si p-MOSFET的基本原理和结构

3.2.1 应变SiGe沟道p-MOSFET

3.2.2 调制掺杂SiGe p-MOSFET

3.2.3 应变Si／SiGe双沟p-MOSFET

3.3 Si／SiGe n-MOSFET的基本原理和结构

3.3.1 应变Si沟道n-MOSFET

3.3.2 调制掺杂应变Si n-MOSFET

3.4 应变SiGe／Si MOSFET关键技术

3.4.1 弛豫SiGe缓冲层技术

3.4.2 SGOI和SSOI技术

3.5 本章小结

第四章 垂直层叠共栅SiGe／Si HCMOS

4.1 平行结构SiGe／Si HCMOS

4.1.1 Si衬底HCMOS

4.1.2 SiGe虚衬底HCMOS

4.1.3 应变Si／应变Si_(1-x)Ge_x双沟HCMOS

4.2 垂直层叠共栅SiGe／Si HCMOS

4.2.1 垂直层叠共栅SiGe／Si HCMOS结构设计

4.2.2 垂直层叠共栅SiGe／Si HCMOS工作原理

4.2.3 垂直层叠共栅SiGe／Si HCMOS工艺设计

4.3 本章小结

第五章 垂直层叠共栅SiGe／Si HCMOS模拟优化

5.1 Medici模型修正

5.2 垂直层叠共栅SiGe／Si HCMOS模拟分析

5.2.1 垂直层叠共栅SiGe／Si HCMOS能带结构

5.2.2 垂直层叠共栅SiGe／Si HCMOS电子和空穴的面密度

5.2.3 垂直层叠共栅SiGe／Si HCMOS直流特性

5.2.4 垂直层叠共栅SiGe／Si HCMOS交流特性

5.3 垂直层叠共栅SiGe／Si HCMOS结构参数分析

5.4 垂直层叠共栅SiGe／Si HCMOS结构优化设计

5.5 垂直层叠共栅SiGe／Si HCMOS反相器

5.6 本章小结

第六章 结论

致谢

参考文献

在读期间主要研究成果

发布时间: 2006-12-30

参考文献

• [1].两种SiGe/Si快速开关功率二极管新结构的模拟与理论分析[D]. 祁慧.西安理工大学2003
• [2].Si基SiGe弛豫衬底及SiGe/Si量子阱生长与表征[D]. 廖凌宏.厦门大学2009
• [3].正入射p型SiGe/Si量子阱红外探测器的研制[D]. 邓和清.厦门大学2008
• [4].SiGe BiCMOS工艺28GHz功率放大器设计[D]. 付佳伟.东南大学2016
• [5].基于SiGe工艺的Ka波段收发芯片关键技术研究[D]. 吕彬彬.电子科技大学2018
• [6].基于SiGe工艺的超宽带低噪声放大器研究与设计[D]. 赵忠方.西安电子科技大学2013
• [7].SiGe工艺整数频率合成器设计[D]. 孟志朋.天津大学2010
• [8].基于SiGe工艺的宽带低噪声放大器设计与实现[D]. 谢李萍.电子科技大学2007
• [9].应用于WLAN的SiGe射频功率放大器的设计[D]. 翟媛.湖南大学2012
• [10].快速软恢复SiGe异质结功率二极管的分析与设计[D]. 马丽.西安理工大学2004

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