應變Si載流子遷移率研究.pdf

1、隨著Si基器件特征尺寸減小、電路集成度和復雜性增強，出現(xiàn)的一系列涉及材料、器件物理、器件結構和工藝技術等方面的新問題，以及由此所帶來的一些寄生效應（如漏電流增大、短溝道效應嚴重、熱載流子效應和遷移率退化等）嚴重影響了器件和電路性能的提升。Si基應變技術能夠提高載流子遷移率和器件性能，與傳統(tǒng)Si工藝兼容，是當前國內外關注的研究領域和發(fā)展重點。
　　遷移率是材料和器件的重要物理參數(shù)之一，對應變Si器件研究與設計具有極其重要的理論價值。

2、目前，研究遷移率所采用的經驗、半經驗公式基于實驗數(shù)據確定擬合參數(shù)，精確度高；Monte Carlo方法基于對粒子運動的微觀描述，其核心是用隨機數(shù)處理和散射相聯(lián)系的隨機過程。經驗、半經驗公式和Monte Carlo方法對應變Si遷移率增強機理體現(xiàn)不明顯，本文建立的遷移率解析模型著眼于應變對Si材料性能的改變，物理意義明顯，側重研究應變Si載流子遷移率增強機理。
　　本文重點研究應變Si載流子散射幾率和遷移率，所建模型適用于任意晶面任

3、意晶向、不同應力類型（雙軸/單軸、張應力/壓應力），可為應變Si新結構器件提供設計依據。主要研究工作和成果如下：
　　1.建立考慮橫向電勢分布，包含短溝道效應的應變Si器件二維閾值電壓模型，求解過程中縱坐標原點選在耗盡層邊界，降低了計算復雜度；所建閾值電壓模型精確度高，注重物理建模過程。依據所得結果分析弛豫SiGe虛擬襯底中鍺組分、溝道長度、漏電壓對閾值電壓的影響，得到漏致勢壘降低（DIBL）效應對小尺寸應變Si器件閾值電壓的影響

4、。研究結果發(fā)現(xiàn)應變對Si器件性能的影響主要體現(xiàn)于溝道材料性能參數(shù)的改變，所以溝道材料性能的提高對器件性能的改進起著關鍵作用。
　　2.基于費米黃金法則和玻爾茲曼方程碰撞項，利用弛豫時間近似求解彈性散射、非彈性散射幾率，依此建立電子/空穴的離化雜質散射、聲學聲子散射和谷間散射/非極性光學聲子散射幾率模型，并根據所建模型以生長在(001)SiGe襯底上的應變Si為例，研究分析雙軸張應變Si電子/空穴散射幾率，為應變Si電子和空穴遷移率

5、研究奠定基礎。
　　3.基于電子散射幾率模型，考慮電子的能量問題，建立關于平均動量弛豫時間的電子遷移率模型。以常用的(001)、(110)、(111)晶面為例，根據形變勢理論研究雙軸應變Si導帶各能谷能級的移動、分裂情況，在此基礎上得到電子能谷占有率，最后按照所建電子遷移率模型獲得(001)、(110)、(111)晶面應變Si平行生長面兩個垂直晶向和垂直生長面晶向在不同鍺組分下，電子遷移率隨雜質濃度的變化情況。結果表明張應變提高電