延伸摩爾定律：基于GeSn的高性能、低功耗場效應晶體管研究.pdf

1、摩爾定律經(jīng)歷了半個多世紀的發(fā)展，芯片集成度不斷增大，性能繼續(xù)提高。但是隨著器件特征尺寸接近納米量級時，器件制作工藝遇到挑戰(zhàn)，短溝道效應等問題已經(jīng)嚴重影響到器件性能。根據(jù)國際半導體技術藍圖預測，對于14 nm以下技術節(jié)點，現(xiàn)有工藝技術將不能滿足芯片高性能、低功耗的要求。為了繼續(xù)延伸摩爾定律，平衡芯片功耗和性能之間的矛盾，基于新材料的器件設計與研發(fā)已經(jīng)成為國際半導體界研究的熱門課題。
　　基于此背景，本文采用了GeSn合金這一新型材料

2、，GeSn合金具有載流子遷移率高、帶隙可調(diào)等優(yōu)點，通過應變工程和能帶工程，我們研究了高遷移率GeSn p溝道MOSFET和低功耗GeSn pTFET。取得的主要研究成果如下：
　　1）研究了（001）、（011）、（111）無摻雜Ge0.92Sn0.08量子阱溝道pMOSFET器件，采用MBE生長高質(zhì)量的GeSn薄膜，GeSn/Ge異質(zhì)結形成量子阱結構，界面采用原位 Si2H6鈍化。探討了晶面取向?qū)?GeSn器件電學性能的影響。實

3、驗發(fā)現(xiàn)：（111）Ge0.92Sn0.08 pMOSFET具有最高的有效空穴遷移率 eff=845cm2/Vs。
　　2）采用 Si襯底，成功制備了弛豫 Ge0.97Sn0.03 pTFET器件。研究了溫度對Ge0.97Sn0.03 pTFET電學性能的影響，證明BTBT在隧穿電流中占據(jù)主導地位；首次在弛豫Ge0.97Sn0.03器件上施加0.14％的單軸張應變，在VDD=-1 V時，與弛豫器件相比，應變器件開態(tài)電流提升了10%。

4、
　　3）模擬研究了新型Ge1-xSnx/Ge1-ySny雙柵HE-NTFET結構，探討了異質(zhì)結在溝道中的位置對器件SS、ION等的影響，LT-H越小，BTBT開啟越延遲，VONSET越大。器件處于開態(tài)時，異質(zhì)結的存在有助于減小隧穿勢壘，提高隧穿電流。LT-H=4 nm時， Ge0.92Sn0.08/Ge0.94Sn0.06 HE-NTFET表現(xiàn)了優(yōu)異的性能，平均 SS為48 mV/decade，ION比Ge0.92Sn0.08同