应变硅MOSFET载流子迁移率增强机理研究与建模

摘要

由于晶格常数的改变，应变硅中载流子的迁移率高于普通硅材料，这是应变硅MOSFET性能提高的根本原因。为了更有效的设计、应用应变硅MOSFET，必须深入研究应变硅中载流子的迁移率增强机理，并在此基础上建立相应的物理模型，导出应力强度与迁移率的定量关系。
　　本文通过求解自洽薛定谔方程，确定了应变硅MOSFET反型层的子能带结构，在此基础上经进一步计算得到子能带内载流子的有效质量和散射几率，综合考虑各子能带上的载流子的浓度分布，建立了应变硅MOSFET载流子迁移率的解析模型。计算表明，当横向电场为105V/cm时，前十个子能带上的载流子浓度占总浓度的90％。在该模型中，应力对子能带结构的影响通过声子的形变势能Dk表示，Dk为经实验修正得到的经验参数，在应变硅导带中，其值是体硅材料形变势能的2.4倍。
　　经模型分析发现，应变硅PMOSFET空穴迁移率与应力作用方式有如下关系：当横向电场较高（＞53105V/cm）时，双轴张应力作用下的应变硅 PMOSFET的空穴迁移率将发生退化，而单轴压应力器件则不会受到影响。
　　理论分析和实验结果表明，应变硅载流子迁移率与横向电场Eeff的函数关系与体硅材料类似，峰值迁移率所对应的Eeff为23105V/cm。对于衬底中 Ge含量为24%的应变硅PMOSFET，空穴迁移率是相同尺寸硅PMOSFET的1.25倍，当Ge含量超过40％时，空穴迁移率达到饱和。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 引言

1.1 课题研究背景与意义

1.2 国内外发展动态

1.3 主要工作与论文主要内容

第二章 应变硅中载流子的输运特性

2.1 应变硅的基本物理特性

2.2 应变硅中电子的输运特性

2.3 应变硅中空穴的输运特性

第三章 应变硅MOSFET关键技术与器件制备

3.1 应变硅沟道MOSFET工作原理

3.2 低温硅技术

3.3 低温薄栅氧化层的制备

3.4 应变硅MOSFET器件制备与测试

第四章 应变硅MOSFET载流子迁移率增强机理与模型

4.1 硅中的主要散射机制

4.2 应变硅NMOSFET电子迁移率增强机理与建模

4.3 应变硅PMOSFET空穴迁移率增强机理与建模

4.4 应变硅PMOSFET空穴迁移率的测量与分析

第五章 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果