应变Si/Si1-xGex n型金属氧化物半导体场效应晶体管反型层中的电子迁移率模型

李斌; 刘红侠; 袁博; 李劲; 卢凤铭

doi:10.7498/aps.60.017202

摘要

为了描述生长在弛豫Si1-xGex层上应变Si n型金属氧化物半导体场效应晶体管(nMOSFETs)反型层中电子迁移率的增强机理,提出了一种新型的、基于物理的电子迁移率模型.该模型不仅能够反映声学声子散射迁移率、表面粗糙度散射迁移率与垂直于半导体-绝缘体界面的电场强度之间的依赖关系,而且也能解释不同的锗组分对两种散射机理的抑制情况从而引起电子迁移率增强的机理.该模型数学表达式简单,可以模拟任意锗组分下的迁移率.通过数值分析验证得出,该

关键词:

Abstract

In order to describe the electron mobility enhancement in inversion layer in strained-Si on Si1-xGex n type metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (nMOSFETs), a new physically-based electron mobility model is presented in the paper. This model can not only show the dependence of acoustic phonon-limited mobility and surface roughness-limited mobility on transverse electrical field normal to the semiconductor-insulator interface, but also explains the electron mobility enhancement mechanism due to scattering suppression caused by germanium (Ge) content. The expression of the new model is simple and can simulate the mobility for any Ge content. Numerical analysis results show that this model fits the reported experimental data very well. In addition, this model can be easily included in the device simulator ISE and gives good agreement with simulated results of device simulator with built-in model.

Keywords:

作者及机构信息

1.
西安电子科技大学微电子学院,宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室,西安 710071

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 60976068, 60936005), 教育部科技创新工程重大项目培育基金(批准号:708083)和中央高校基本科研业务费专项基金(批准号: 200807010010)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Key Laboratory for Wide Band Gap Semiconductor Materials and Devices of Education, School of Microelectronics, Xidian University, Xi'an 710071, China

参考文献

[1]	Vogelsang T, Hofman K R 1993 Appl. Phys. Lett. 63 186
[2]	Zhang Z F, Zhang H M, Hu H Y, Xuan R Y, Song J J 2009 Acta Phys. Sin. 58 4948 (in Chinese) [张志锋、张鹤鸣、胡辉勇、宣荣喜、宋建军 2009 58 4948]
[3]	Song J J, Zhang H M, Hu H Y, Dai X Y, Xuan R X 2007 Chin. Phys. 16 3827
[4]	Leitz C W, Currie M T, Lee M L, Cheng Z Y 2002 J. Appl. Phys. 92 3745
[5]	Fitzgerald E A, Xie Y H, Green M L, Brasen D, Kortan A R 1991 Appl. Phys. Lett. 59 811
[6]	Welser J, Hoyt J L, Gibbons J F 1994 IEEE Electron Devices Lett. 15 100
[7]	Miyata H, Yamada T, Ferry D K 1993 Appl. Phys. Lett. 62 2661
[8]	Cheng B F, Yao F, Xue C L, Zhang J G, Li C B, Mao R Y, Zuo Y H, Luo L P, Wang Q M 2005 Acta Phys. Sin. 54 4350 (in Chinese) [成步飞、姚飞、薛春来、张建国、李传波、毛容伟、左玉华、罗丽萍、王启明 2005 54 4350]
[9]	Lin G J, Lai H K, Li C, Chen S Y, Yu J Z 2008 Chin. Phys. B 17 3479
[10]	Lombardi C, Manzini S, Saporito A, Vanzi M 1988 IEEE Transactions on Computer-Aided Design 7 1164
[11]	Darwish M N, Lentz J L, Pinto M R, Zeitzoff P M, Krutick T J, Vuong H H 1997 IEEE Trans. Electron Devices 44 1529
[12]	Liang R R, Li D B, Xu J 2008 Solid-State Electronics 52 863
[13]	Masetti G, Severi M, Solmi S 1983 IEEE Trans. Electron Devices 30 764
[14]	Sah C T, Ning T H, Tschopp L L 1972 Surface Sci. 32 561
[15]	Schwarz S A, Russek S 1983 IEEE Trans. Electron Devices 30 1634
[16]	Currie M T, Leitz C W, Langdo T A, Taraschi G, Eitzgerald E A, Antoniadis D A 2001 J. Vac. Sci. Technol. B 19 2268
[17]	Kim S J, Shim T H, Choi K R, Park J G 2009 Semi. Sci. Tech. 24 035014.1
[18]	Roldán J B, Gámiz F 2004 Solid-State Electronics 48 1347
[19]	Sun S C, Plummer J D 1980 IEEE Trans. Electron Devices 27 1497

施引文献

[1]	Vogelsang T, Hofman K R 1993 Appl. Phys. Lett. 63 186
[2]	Zhang Z F, Zhang H M, Hu H Y, Xuan R Y, Song J J 2009 Acta Phys. Sin. 58 4948 (in Chinese) [张志锋、张鹤鸣、胡辉勇、宣荣喜、宋建军 2009 58 4948]
[3]	Song J J, Zhang H M, Hu H Y, Dai X Y, Xuan R X 2007 Chin. Phys. 16 3827
[4]	Leitz C W, Currie M T, Lee M L, Cheng Z Y 2002 J. Appl. Phys. 92 3745
[5]	Fitzgerald E A, Xie Y H, Green M L, Brasen D, Kortan A R 1991 Appl. Phys. Lett. 59 811
[6]	Welser J, Hoyt J L, Gibbons J F 1994 IEEE Electron Devices Lett. 15 100
[7]	Miyata H, Yamada T, Ferry D K 1993 Appl. Phys. Lett. 62 2661
[8]	Cheng B F, Yao F, Xue C L, Zhang J G, Li C B, Mao R Y, Zuo Y H, Luo L P, Wang Q M 2005 Acta Phys. Sin. 54 4350 (in Chinese) [成步飞、姚飞、薛春来、张建国、李传波、毛容伟、左玉华、罗丽萍、王启明 2005 54 4350]
[9]	Lin G J, Lai H K, Li C, Chen S Y, Yu J Z 2008 Chin. Phys. B 17 3479
[10]	Lombardi C, Manzini S, Saporito A, Vanzi M 1988 IEEE Transactions on Computer-Aided Design 7 1164
[11]	Darwish M N, Lentz J L, Pinto M R, Zeitzoff P M, Krutick T J, Vuong H H 1997 IEEE Trans. Electron Devices 44 1529
[12]	Liang R R, Li D B, Xu J 2008 Solid-State Electronics 52 863
[13]	Masetti G, Severi M, Solmi S 1983 IEEE Trans. Electron Devices 30 764
[14]	Sah C T, Ning T H, Tschopp L L 1972 Surface Sci. 32 561
[15]	Schwarz S A, Russek S 1983 IEEE Trans. Electron Devices 30 1634
[16]	Currie M T, Leitz C W, Langdo T A, Taraschi G, Eitzgerald E A, Antoniadis D A 2001 J. Vac. Sci. Technol. B 19 2268
[17]	Kim S J, Shim T H, Choi K R, Park J G 2009 Semi. Sci. Tech. 24 035014.1
[18]	Roldán J B, Gámiz F 2004 Solid-State Electronics 48 1347
[19]	Sun S C, Plummer J D 1980 IEEE Trans. Electron Devices 27 1497

[1]	彭腾, 王辉耀, 赵茜, 刘俊宏, 汪波, 王晶晶, 周银琼, 张可怡, 杨俊, 熊祖洪. 电子注入层迁移率对Rubrene/C₆₀基发光二极管半带隙开启电压的调控. , 2024, 73(21): 217202. doi: 10.7498/aps.73.20240864
[2]	张林, 马林东, 杜林, 李艳波, 徐先峰, 黄鑫蓉. 不同栅压下Si-n型金属氧化物半导体场效应管总剂量效应的瞬态特性仿真. , 2023, 72(13): 138501. doi: 10.7498/aps.72.20230207
[3]	谢天赐, 张彬, 贺泊, 李昊鹏, 秦壮, 钱金钱, 石锲铭, LewisElfed, 孙伟民. 放疗绝对剂量的数学算法模型. , 2021, 70(1): 018701. doi: 10.7498/aps.70.20200986
[4]	刘乃漳, 姚若河, 耿魁伟. AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的栅极电容模型. , 2021, 70(21): 217301. doi: 10.7498/aps.70.20210700
[5]	刘乃漳, 张雪冰, 姚若河. AlGaN/GaN高电子迁移率器件外部边缘电容的物理模型. , 2020, 69(7): 077302. doi: 10.7498/aps.69.20191931
[6]	宋建军, 包文涛, 张静, 唐昭焕, 谭开洲, 崔伟, 胡辉勇, 张鹤鸣. (100)Si基应变p型金属氧化物半导体[110]晶向电导率有效质量双椭球模型. , 2016, 65(1): 018501. doi: 10.7498/aps.65.018501
[7]	于遥, 张晶思, 陈黛黛, 郭睿倩, 谷至华. PECVD分层结构对提高氢化非晶硅TFT迁移率的影响. , 2013, 62(13): 138501. doi: 10.7498/aps.62.138501
[8]	杨福军, 班士良. 纤锌矿AlGaN/AlN/GaN异质结构中光学声子散射影响的电子迁移率. , 2012, 61(8): 087201. doi: 10.7498/aps.61.087201
[9]	马骥刚, 马晓华, 张会龙, 曹梦逸, 张凯, 李文雯, 郭星, 廖雪阳, 陈伟伟, 郝跃. AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管中kink效应的半经验模型. , 2012, 61(4): 047301. doi: 10.7498/aps.61.047301
[10]	吴华英, 张鹤鸣, 宋建军, 胡辉勇. 单轴应变硅nMOSFET栅隧穿电流模型. , 2011, 60(9): 097302. doi: 10.7498/aps.60.097302
[11]	王晓艳, 张鹤鸣, 宋建军, 马建立, 王冠宇, 安久华. 应变Si/(001)Si1-xGex电子迁移率. , 2011, 60(7): 077205. doi: 10.7498/aps.60.077205
[12]	张志锋, 张鹤鸣, 胡辉勇, 宣荣喜, 宋建军. 应变Si沟道nMOSFET阈值电压模型. , 2009, 58(7): 4948-4952. doi: 10.7498/aps.58.4948
[13]	李琦, 张波, 李肇基. 漂移区表面阶梯掺杂LDMOS的击穿电压模型. , 2008, 57(3): 1891-1896. doi: 10.7498/aps.57.1891
[14]	张鹤鸣, 崔晓英, 胡辉勇, 戴显英, 宣荣喜. 应变SiGe SOI量子阱沟道PMOSFET阈值电压模型研究. , 2007, 56(6): 3504-3508. doi: 10.7498/aps.56.3504
[15]	郑中山, 刘忠立, 张国强, 李宁, 范楷, 张恩霞, 易万兵, 陈猛, 王曦. 埋氧层注氮工艺对部分耗尽SOI nMOSFET特性的影响. , 2005, 54(1): 348-353. doi: 10.7498/aps.54.348
[16]	沈自才, 邵建达, 王英剑, 范正修. 磁控反应溅射法制备渐变折射率薄膜的模型分析. , 2005, 54(10): 4842-4845. doi: 10.7498/aps.54.4842
[17]	代月花, 陈军宁, 柯导明, 孙家讹. 考虑量子化效应的MOSFET阈值电压解析模型. , 2005, 54(2): 897-901. doi: 10.7498/aps.54.897
[18]	吕红亮, 张义门, 张玉明. 4H-SiC pn结型二极管击穿特性中隧穿效应影响的模拟研究. , 2003, 52(10): 2541-2546. doi: 10.7498/aps.52.2541
[19]	马仲发, 庄奕琪, 杜磊, 包军林, 李伟华. 栅氧化层介质经时击穿的逾渗模型. , 2003, 52(8): 2046-2051. doi: 10.7498/aps.52.2046
[20]	刘红侠, 方建平, 郝跃. 薄栅氧化层经时击穿的实验分析及物理模型研究. , 2001, 50(6): 1172-1177. doi: 10.7498/aps.50.1172

计量

文章访问数: 8546
PDF下载量: 687
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板