用于超高速低能耗锗基MOSFET的金属-锗接触的研究

Due to its excellent hole and electron mobility, Germanium metal-oxide-semiconductor field effect transistor (Ge MOSFET) is considered to be a most promising candidate for future high speed and low-energy consumption ultra-large-scale integrated circuits. This project employs single crystal technology to form epitaxial nickel monogermanide (NiGe) layer. This epitaxial layer could alleviate the Fermi Level Pinning (FLP), and improve the thermal stability, hence contribute to the development of Ge MOSFET. Besides, this project will investigate the influence of interface structure on the electrical properties of NiGe/n-Ge contact in order to clarify the origin of FLP, which will provide a theoretical basis and experimental data for the alleviation of FLP.

新型高迁移率锗基金属-氧化物-半导体场效应晶体管（Ge MOSFET）是下一代超高速低能耗大规模集成电路的重要候选者，金属-锗接触是Ge MOSFET器件的重要组成部分。针对金属-锗界面处的费米能级钉扎问题、金属薄膜的热稳定性问题、及较浅金属-源/漏结的制备问题，本项目拟采用单晶制备技术，在锗基板上生长制备NiGe单晶薄膜，获得与现有工艺兼容且接触电阻较低的金属-锗接触，为推进Ge MOSFET的实际运用打下基础。另外，本项目还将深入研究NiGe结晶形态对NiGe/n-Ge肖特基二极管电学性能的影响，探索费米能级钉扎效应的根源问题，为缓解或消除费米能级钉扎效应提供必要的理论依据和实验数据。

新型高迁移率锗基金属-氧化物-半导体场效应晶体管（Ge MOSFET）是下一代超高速低能耗大规模集成电路的重要候选者，金属-锗接触是Ge MOSFET器件的重要组成部分。针对金属-锗界面处的费米能级钉扎问题、金属薄膜的热稳定性问题、及较浅金属-源/漏结的制备问题，本项目采用solid state reaction和2 step deposition方法分别在Ge（110）和Ge（001）基板上生长制备出了NiGe单晶薄膜。该单晶薄膜具有优异的热稳定性能；同时还能缓解或消除费米钉扎效应，降低NiGe-Ge结的肖特基势垒；另外，NiGe和Ge基板界面平滑，有利于制备较浅金属-源/漏结。在理论基础研究方面，本项目实验演绎了费米钉扎效应的可调性，并为缓解FLP效应找到了一种行之有效的方法——单晶技术。另外，本项目还通过第一性原理模拟计算探索了费米能级钉扎效应的根源问题，模拟计算出的NiGe不同晶面的功函数说明其功函数各项异性较大，非常依赖于结晶取向，Epi. NiGe(100)/Ge(110)样品对降低肖特基势磊的真正原因是其功函数为4.42eV，比其他取向的功函数都低。以上工作为缓解或消除费米能级钉扎效应提供必要的理论依据和实验数据。最后，本项目还开展了微纳米器件加工工艺的摸索，使用氦离子显微镜加工出亚5纳米级别图案，同时，我们还发现氦离子束曝光时间与纳米孔孔径并非简单的线性关系：当曝光时间较短时，纳米孔径向刻蚀较快，相反，曝光时间较长时的径向刻蚀速率相对较低。这一现象是和氦离子束强度呈现高斯分布有关。相关工作得到业内同行的认可，发表SCI收录的期刊文章9篇，其中第一作者文章和通讯作者文章4篇，期刊包括Applied Physics Letters、Nanotechnology、Scientific Reports、Microelectronic Engineering等。申请发明专利2项。参加ADMETA国际会议，并做了口头报告。