双栅锗基肖特基源漏MOSFET器件的研究

高迁移率锗基MOS器件是当前电子器件研究中的热点，锗基肖特基源漏MOSFET器件是锗基MOS器件的重要发展方向。本课题将围绕双栅锗基高迁移率肖特基源漏MOSFET器件的工艺制备、特性分析以及锗基器件载流子输运机理展开研究工作。课题主要研究内容包括：（1）建立锗基器件的模拟平台，研究双栅锗基MOSFET器件的工作特性，根据模拟结果对器件诸参数进行优化设计；（2）研究锗基上高k栅介质/金属栅极的制备工艺；（3）研究应用于器件源漏的金属锗化物的制备工艺；（4）在锗衬底上应用高k栅介质/金属栅/源漏锗化物技术，制备出高迁移率的平面和双栅结构的锗基肖特基源漏MOS器件。预期研究成果包括：（1）建立起可描述锗基肖特基器件特性的模拟平台；（2）形成锗衬底上生长高k材料和硅化物栅的可行工艺；（3）制备出热稳定的金属锗化物材料；（4）研制出高迁移率的平面和双栅结构锗基肖特基MOS器件。

在本课题中，我们系统研究了肖特基框架下n沟道和p沟道的硅纳米线，锗纳米线和锗-硅芯-壳纳米线晶体管的工作机制，比较了影响基于肖特基源漏的锗-硅芯-壳纳米线晶体管、硅纳米线晶体管和锗纳米线晶体管的直流和交流特性，并深入分析影响这些特性的因子和器件参数。.对于p沟道的锗-硅芯-壳器件，大部分的空穴在源端靠近异质结附近发生隧穿并在锗芯部分进行传导。锗-硅芯-壳器件有着比纯硅器件优秀的直流和交流特性，而且其亚阈斜率也是三种器件中最低的。我们还发现锗-硅芯-壳器件的漏电流和与漏电流相关的其他性能指标对与源漏处所采用的硅化物和锗化物的肖特基势垒高度不敏感，这一点减轻了我们在选择源漏金属材料时的约束。.另一方面，对于n沟道的锗-硅芯-壳器件，开态时绝大多数电子在硅壳中隧穿和传导，而在关态时在锗芯中隧穿和传导的空穴变得不可忽略，所以器件的关态漏电流会比较的大。n沟道的锗-硅芯-壳器件还有着三种器件中最大的开态电流、跨导和截止频率，和相对较低的亚阈斜率和延迟。我们还证明了较薄的硅壳可以提高n沟道的锗-硅芯-壳器件的栅控性能和开关态驱动能力。.通过实验，成功在锗衬底上生长High-K材料。我们采用反应溅射在Ge衬底上生长具有High-K属性的HfO2介质材料。参数提取表明制成的HfO2电容最大值为15.2pF/um2。经过测算制成的HfO2电容其EOT约为2.5nm。.采用固相反应法（SSR）在Ge基上生长了TiGe、NiGe材料，研究其电学特性。通过在N2保护下进行适温条件下的退火处理，获得了对应的TiGe和NiGe材料，形成TiGe/Ge和NiGe/Ge整流结。两种金属形成的金属锗化物于Ge衬底形成的势垒高度都控制在0.4eV左右。.在SiGe外延层上生长形成NiSiGe材料，通过调整预淀积的金属Ni厚度，形成了单晶态的NiSiGe层，在相对低的工艺温度下获得低电阻率材料。实验研究表明，金属Ni的厚度将会对生成的NiSiGe构成显著影响，直接关系到界面形貌和晶向形成。同时Ge与Ni在加热过程中都会向衬底扩散，这可能导致界面形貌的退化。