应变SiGe p 型金属氧化物半导体场效应管栅电容特性研究 - 物理学报.PDFVIP

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 62, No. 12 (2013) 127102 应变SiGe p 型金属氧化物半导体场效应管栅 * 电容特性研究 † 王斌 张鹤鸣 胡辉勇 张玉明 宋建军 周春宇 李妤晨 ( 西安电子科技大学微电子学院, 宽禁带半导体材料与器件重点实验室, 西安 710071 ) ( 2013年2月21 日收到; 2013年3月6 日收到修改稿) 由于台阶的出现, 应变SiGe p 型金属氧化物半导体场效应管(pMOSFET) 的栅电容特性与体Si 器件的相比呈 现出很大的不同, 且受沟道掺杂的影响严重. 本文在研究应变SiGe pMOSFET 器件的工作机理及其栅电容C-V 特性 中台阶形成机理的基础上, 通过求解器件不同工作状态下的电荷分布, 建立了应变SiGe pMOSFET 栅电容模型, 探 讨了沟道掺杂浓度对台阶的影响. 与实验数据的对比结果表明, 所建立模型能准确反映应变SiGe pMOSFET 器件的 栅电容特性, 验证了模型的正确性. 该理论为Si 基应变金属氧化物半导体(MOS) 器件的设计制造提供了重要的指 导作用, 并已成功应用于Si 基应变器件模型参数提取软件中, 为Si 基应变MOS 的仿真奠定了理论基础. 关键词: 应变SiGe pMOSFET, 栅电容特性, 台阶效应, 沟道掺杂 PACS: 71.23.An, 71.70.Fk, 73.40.c DOI: 10.7498/aps.62.127102 阈值电压的影响. 这些研究成果从不同的角度论证 1 引言 了Si/sSiGe/Si 材料系统对MOSFET I -V 特性的提 升作用, 很大程度上促进了Si/sSiGe/Si 材料系统在 应变技术因其能提高载流子迁移率, 且在工 MOS 器件中的应用. 艺上与体硅工艺有较好的兼容性而被广泛研究, 但是, 文献 [11—13] 发现, 利用Si/sSiGe/Si 材 为后Moore 时代高速/高性能器件与电路的持续 料系统所制备的MOSFET, 其栅电容C-V 特性中 发展开辟了新的技术途径, 是二十一世纪硅技术 出现了一个明显的台阶, 如图 1 所示. Wei 等 14 的发展主流之一15 . 基于该技术的硅/应变锗 从载流子的输运机制出发, 对该现象进行了较为 硅/硅(Si/sSiGe/Si) 材料系统近年来得到广泛的研 15 6 合理的解释. Bindu 等 虽然建立了应变Si/应变 究. Nayak 等 最早通过实验证明了Si/sSiGe/Si 金 属氧化物半导体(MOS) 器件比体Si MOS 器件具 SiGe 双应变沟道p 型金属氧化物半导体场效应管 7 8 (pMOSFET) 栅电容模型, 但是由于只是涉及轻掺杂 有更好的空穴迁移率. Bindu 等 和Lukic 等 分 别提出了该类型器件的源漏电流和阈值电压物理 情况, 并不能对重掺杂