Hole effective mass in strained Si (111)

The directional, averaged, and density-of-states effective masses of holes have been calculated for strained Si/(111)Si1-xGex. The results for the directional effective mass show that the effect of strain makes the constant energy surface of heavy holes more obvious warping than that in relaxed Si. The [111] and [110] directional effective masses of heavy holes decrease significantly under strain. It is found that the averaged effective mass of heavy holes decreases with increasing Ge fraction, while that o...     

应变Si/(001)Si1-xGex空穴有效质量各向异性

基于应变Si/（001）Si_1-xGe_x材料价带E（k）-k关系模型,研究获得了其沿不同晶向的空穴有效质量.结果表明,与弛豫材料相比,应变Si/（001）Si_1-xGe_x材料价带带边（重空穴带）、亚带边（轻空穴带）空穴有效质量在某些k矢方向变化显著,各向异性更加明显.价带空穴有效质量与迁移率密切相关,该研究成 关键词： 应变Si 价带 空穴有效质量     

Valence band structure of strained Si/(111)Si_(1-x)Ge_x

The strained Si techique has been widely adopted in the high-speed and high-performance devices and circuits. Based on the valence band E-k relations of strained Si/(111)Si1-xGex, the valence band and hole effective mass along the [111] and [-110] directions were obtained in this work. In comparison with the relaxed Si, the valence band edge degeneracy was partially lifted, and the significant change was observed band structures along the [111] and [-110] directions, as well as in its corresponding hole eff...     

第一性原理研究应变Si/(111)Si1-xGex能带结构

基于密度泛函理论框架的第一性原理平面波赝势方法对双轴应变Si/(111) Si_1-xGe_x(x=0.1—0.4)的能带结构进行了研究,结果表明：导带带边六度简并没有消除;应变部分消除了价带带边的简并度;导带带边能量极值k矢位置和极值附近可由电子有效质量描述的能带形状在应变条件下几乎不变;价带极大值附近可由空穴有效质量描述的能带形状随着x有规律地变化. 此外,给出的禁带宽度与x的拟 关键词： 应变硅 能带结构 第一性原理     

应变Si电子电导有效质量模型

采用K·P微扰法建立了应变Si导带能谷由纵、横向有效质量表征的E-k关系,并在此基础上,研究分析了(001),(101),(111)晶面应变Si电子的电导有效质量与应力、能谷分裂能及晶向的关系.结果表明,弛豫Si_1-xGe_x材料(001)面生长的应变Si沿[100],[010]晶向的电子电导有效质量和弛豫Si_1-xGe_x材料(101)面生长的应变Si 关键词： 应变Si K·P法 电导有效质量     

应变Si价带色散关系模型

基于K.P理论框架,通过引入应变哈密顿微扰项,详细推导并建立了应变Si的价带色散关系模型.所得模型适用于任意晶向弛豫Si_1－xGe_x(0≤x≤0.6)衬底上生长的应变Si,并且,通过该模型可以获取任意K矢方向的应变Si价带结构及空穴有效质量,对器件研究设计可提供有价值的参考. 关键词： 应变Si K.P理论 色散关系     

应变Si/(001)S1－xGex本征载流子浓度模型

利用应变Si CMOS技术提高载流子迁移率是当前研究发展的重点,本征载流子浓度是应变Si材料的重要物理参数,也是决定应变Si器件电学特性的重要参量.本文基于K.P理论框架,从分析应变Si/（001）Si_1-xGe_x材料能带结构出发,详细推导建立了300K时与Ge组分（x）相关的本征载流子浓度模型.该数据量化模型可为Si基应变器件物理的理解及器件的研究设计提供有价值的参考. 关键词： 应变Si 有效态密度 本征载流子浓度     

四方晶系应变Si空穴散射机制

基于Fermi黄金法则及Boltzmann方程碰撞项近似理论, 推导建立了(001)弛豫Si_1-xGe_x衬底外延四方晶系应变Si空穴散射几率与应力及能量的理论关系模型, 包括离化杂质、声学声子、非极性光学声子及总散射概率(能量40 meV时)模型. 结果表明: 当Ge组分(x)低于0.2时, 应变Si/(001)Si_1-xGe_x材料空穴总散射概率随应力显著减小. 之后, 其随应力的变化趋于平缓. 与立方晶系未应变Si材料相比, 四方晶系应变Si材料空穴总散射概率最多可减小66%. 应变Si材料空穴迁移率增强与其散射概率的减小密切相关, 本文所得量化模型可为应变Si空穴迁移率及PMOS器件的研究与设计提供理论参考.     

应变Si n型金属氧化物半导体场效应晶体管电荷模型

基于应变Si/SiGe器件结构,本文建立了统一的应变Si NMOSFET电荷模型.该模型采用电荷作为状态变量,解决了电荷守恒问题.同时采用平滑函数,实现了应变Si NMOSFET端口电荷及其电容,从亚阈值区到强反型区以及从线性区到饱和区的平滑性,解决了模型的连续性问题.然后采用模拟硬件描述语言Verilog-A建立了电容模型.通过将模型的仿真结果和实验结果对比分析,验证了所建模型的有效性.该模型可为应变Si集成电路分析、设计提供重要参考.     

[110]/(001)单轴应变Si本征载流子浓度模型

本文首先讨论了在沿[110]方向的单轴应力对体Si材料能带结构参数的影响,在此基础上计算出单轴应变Si中平衡载流子浓度,给出了物理意义明确的导带、价带有效态密度的表达式.最后,结合有效态密度和禁带宽度的表达式,建立了[110]/(001)单轴应变Si本征载流子浓度模型.本文的研究方法亦适用于建立(001)面任意应力方向上的应变Si本征载流子浓度模型,并为相关单轴应变Si器件的设计、建模以及仿真提供了一定的理论参考. 关键词： [110]/(001)单轴应变Si 有效态密度 本征载流子浓度     

不同晶系应变Si状态密度研究

应变Si技术是当前微电子领域研究发展重点,态密度是其材料的重要物理参量.本文基于应力相关KP理论,建立了(001),(101)和(111)晶面施加双轴应力形成的四方、单斜及三角晶系应变Si导带、价带态密度模型.结果表明,除单斜和三角晶系导带底态密度外,应力对其余各态密度均有显著影响.本文所得模型数据量化,可为应变Si材料物理的理解及其他物理参数模型的建立奠定重要理论基础. 关键词： 应变Si KP 态密度     

应变Ge空穴有效质量的各向异性与各向同性

在利用k·p微扰理论获得应变Ge/Si_1-xGe_x价带E（k）-k关系的基础上,研究得到了（001）,（101）,（111）面应变Ge/Si_1-xGe_x沿不同晶向及各向同性的价带空穴有效质量.结果显示,应变Ge/Si_1-xGe_x沿各晶向的带边有效质量随应力增大而减小,且沿[010]晶向最小;子带空穴有效质量在应力较大时变化不明显,并且在数值上与带边空穴有效质量相差不大.最后利用各向同性有效质量与文献结果进行比对,验证了结果的正确性.     

单轴、双轴应变Si拉曼谱应力模型

本文依据拉曼光谱原理, 基于Secular方程及拉曼选择定则分别获得了单轴、 双轴(001), (101), (111)应变Si材料应变张量与拉曼谱线移动的定量关系, 并在此基础上, 基于广义胡克定律最终建立了单轴、双轴(001), (101), (111)应变Si材料拉曼谱峰与应力的理论关系模型. 该模型建立过程详细、系统, 所得结果全面、量化, 可为应变Si材料应力的测试分析提供重要理论参考.     

应变Si NMOSFET漏电流解析模型

基于应变Si/SiGe器件结构,本文建立了统一的应变Si NMOSFET漏电流解析模型. 该模型采用平滑函数,实现了应变Si NMOSFET漏电流及其导数,从亚阈值区到强反型区以及从线性区到饱和区的平滑性,解决了模型的连续性问题. 同时考虑了载流子速度饱和效应和沟道长度调制效应的影响,进一步提高了模型精度. 通过将模型的仿真结果和实验结果对比分析,验证了所建模型的有效性. 该模型可为应变Si数字集成电路和模拟集成电路分析、设计提供重要参考. 关键词： 应变Si NMOSFET 漏电流 解析模型     

应变Si NMOSFET阈值电压集约物理模型

本文采用渐变沟道近似和准二维分析的方法, 通过求解泊松方程, 建立了应变Si NMOSFET阈值电压集约物理模型. 模型同时研究了短沟道, 窄沟道, 非均匀掺杂, 漏致势垒降低等物理效应对阈值电压的影响. 采用参数提取软件提取了阈值电压相关参数, 通过将模型的计算结果和实验结果进行对比分析, 验证了本文提出的模型的正确性. 该模型为应变Si超大规模集成电路的分析和设计提供了重要的参考. 关键词： 应变Si NMOSFET 阈值电压 集约物理模型     

(001)面任意方向单轴应变硅材料能带结构

首先计算了(001)晶面单轴应变张量,在此基础上采用结合形变势理论的K ·P微扰法建立了在(001)晶面内受任意方向的单轴压/张应力作用时,应变硅材料的能带结构与应力(类型、大小)及晶向的关系模型,进而分析了不同单轴应力(类型、大小)及晶向对应变硅材料导带带边、价带带边、导带分裂能、价带分裂能、禁带宽度的影响.研究结果可为单轴应变硅器件应力及晶向的选择设计提供理论依据. 关键词： 单轴应变硅 K ·P法 能带结构     

Retarded thermal oxidation of strained Si substrate

Strained Si is recognized as a necessary technology booster for modern integrated circuit technology. However, the thermal oxidation behaviors of strained Si substrates are not well understood yet despite their importance. In this study,we for the first time experimentally find that all types of strained Si substrates(uniaxial tensile, uniaxial compressive,biaxial tensile, and biaxial compressive) show smaller thermal oxidation rates than an unstrained Si substrate. The possible mechanisms for these retarded thermal oxidation rates in strained Si substrates are also discussed.     

单轴应变SiNMOSFET源漏电流特性模型

本文在建立单轴应变Si NMOSFET迁移率模型和阈值电压模型的基础上, 基于器件不同的工作区域, 从基本的漂移扩散方程出发, 分别建立了单轴应变Si NMOSFET源漏电流模型. 其中将应力的影响显式地体现在迁移率和阈值电压模型中, 使得所建立的模型能直观地反映出源漏电流特性与应力强度的关系. 并且对于亚阈区电流模型, 基于亚阈区反型电荷, 而不是采用常用的有效沟道厚度近似的概念, 从而提高了模型的精度. 同时将所建模型的仿真结果与实验结果进行了比较, 验证了模型的可行性. 该模型已经被嵌入进电路仿真器中, 实现了对单轴应变Si MOSFET 器件和电路的模拟仿真.     

单轴应变硅N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管电容特性模型

电容特性模型是单轴应变硅金属氧化物半导体场效应晶体管(Si MOSFET)和电路进行瞬态分析、交流小信号分析、噪声分析等的重要基础. 本文首先建立了单轴应变Si NMOSFET 的16 个微分电容模型, 并将微分电容的仿真结果与实验结果进行了比较, 验证了所建模型的正确性. 同时对其中的关键性栅电容C_gg 与应力强度、偏置电压、沟道长度、栅极掺杂浓度等的关系进行了分析研究. 结果表明, 与体硅器件相比, 应变的引入使得单轴应变Si NMOSFET器件的栅电容增大, 随偏置电压、沟道长度、栅极掺杂浓度的变化趋势保持不变.     

Study of valence intersubband absorption in tensile strained Si/SiGe quantum wells

The hole subband structures and effective masses of tensile strained Si/Sil-yGey quantum wells are calculated by using the 6 × 6 k·p method. The results show that when the tensile strain is induced in the quantum well, the light-hole state becomes the ground state, and the light hole effective masses in the growth direction are strongly reduced while the in-plane effective masses are considerable. Quantitative calculation of the valence intersubband transition between two light hole states in a 7nm tensile strained Si/Si0.55Ge0.45 quantum well grown on a relaxed Si0.5Ge0.5 （100） substrates shows a large absorption coefficient of 8400 cm^-1.