硅/锗基场效应晶体管沟道中载流子散射机制研究进展

随着金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET)特征尺寸不断减小,应变技术、新沟道材料和新器件结构等技术被学术界及产业界认为是继续提升器件性能的有效方法。本文从应变技术、新沟道材料和新结构器件三个方面研究载流子在输运中的散射机制:(1)应变技术:双轴拉伸应变能够改变载流子在不同能级之间的分布以及沟道的表面粗糙度,从而影响库伦散射和表面粗糙度散射;(2)新沟道材料:在不同晶面的锗(Germanium, Ge)晶体管中,电子在高场条件下的散射存在差异,声子散射在Ge(100)晶体管中占主导,而表面粗糙度散射在Ge(110)、(111)晶体管中占主导。在SiGe晶体管中,合金散射主要作用于有效电场强度比较小的区域;(3)新结构器件:载流子超薄绝缘层上锗(Germanium-on-Insulator, GeOI)晶体管输运时,会同时受到上下界面的影响,库伦散射和表面粗糙度散射随着Ge层厚度降低而增加。Ge层厚度的降低会改变电子在不同能谷间的分布,进而影响电子的散射。