论文部分内容阅读
在市场需求的驱动下，集成电路在过去的几十年里得到迅猛发展。然而随着传统的MOS晶体管尺寸的进一步缩小，MOS器件面临着串联寄生电阻过大、短沟效应和寄生双极管效应严重、迁移率退化、掺杂杂质涨落等问题的挑战。为了继续保持高的集成密度和良好的器件特性，科研工作者们尝试了很多新的器件结构和新的材料，如栅控能力好的NanoWire结构、串联电阻较小的肖特基晶体管和迁移率高的 Ge 材料等。其中，肖特基晶体管因为其结构简单、工艺兼容性好又可以同时解决或缓解多方面的问题和挑战，成为一种潜力较大的非常规的 MOS器件。围绕着利用肖特基晶体管的优势、提高肖特基晶体管的性能，我们开展了新型肖特基晶体管及关键工艺技术的研究。
我们首次提出了一种新的肖特基晶体管——混合栅肖特基晶体管。该结构通过栅不同区域功函数的差别来达到改变沟道能带结构的目的，从而使沟道能带无论对于器件的开态特性还是关态特性都有改善作用，提高了开关比。通过器件模拟器Dessis对混合栅肖特基晶体管进行了二维模拟研究，和单一掺杂栅的普通肖特基晶体管相比较，结果证实了该结构对于肖特基晶体管性能的改善作用。我们还研究了不同掺杂区长度、功函数差异以及不同肖特基势垒对器件特性的影响，最后提出了工艺上实现该结构的两种可行方法。
将肖特基晶体管和纳米线晶体管相结合，模拟研究了沟长为 10nm 的肖特基纳米线晶体管的电学特性。我们不仅分析研究了晶体管的直流和 RF 特性，还对工艺中关键参数——沟道直径的涨落进行了分析。结果表明肖特基纳米线晶体管的沟道直径的大小对器件的阈值电压、开关态电流等直流特性和截止频率、最大振荡频率等高频特性都有很大影响，工艺流程中截面直径的控制对于得到均匀的器件特性非常重要。
研究了肖特基器件的关键工艺技术，对镍硅化物的物理、化学和电学特性进行了详细的实验研究，为肖特基晶体管的制备奠定了基础。我们从肖特基势垒、硅化物晶相、薄层电阻、聚集程度讨论了退火温度的影响。通过实验观察了有源区尺寸对硅化物形态变化的影响，并且从应力角度提出了合理解释。最后分析了刻蚀工艺和硅化物形成后的淀积工艺对硅化物和肖特基结特性的影响。
由于镍锗化物可以克服基于锗材料的器件源漏电阻大，浅结难实现的弱点，我们研究了镍锗化物的工艺及物性。在锗衬底上制备了不同退火温度下形成的镍锗化物，对镍锗化物不同于镍硅化物的实验条件进行了设计。测量了不同退火温度下的I-V特性，从中提取出势垒高度进行了比较和分析。我们对制备的不同退火温度的样品做了拉曼光谱测试，和X射线衍射的分析结果对照，确定了锗化物的物相，并且首次报道了NiGe除139 cm<-1>外的另外两个拉曼峰。