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GOI(Germanium-on-Insulator,GOI)材料兼具Ge材料和SOI材料的双重优点,成为极具应用前景的新型衬底材料。采用高质量的GOI材料作为衬底材料制作MOSFETs器件,可以显著提高器件中沟道电子和空穴的迁移率,降低寄生电容,从而提高器件的性能。因此,制备表面平整、晶格结构完整的GOI材料具有重要意义。
本文采用锗浓缩技术对在UHVCVD系统中外延生长得到的SOI基SiGe材料进行氧化、退火,制备出不同Ge组分的绝缘体上锗硅(SGOI)材料,并对其结构、表面形貌、光学特性等进行表征;利用制得的SOI、GOI材料探索了SOI、GOI肖特基源/漏结MOSFETs器件工艺,并对其电学特性进行表征。本论文的主要研究内容包括以下三个方面:
1、利用超高真空化学气相淀积系统在减薄的SOI衬底上外延生长Ge组分为0.19,应变弛豫度为12%,表面粗糙度为0.8nm,厚度约为70nm的SiGe外延层。
2、采用循环氧化退火的改进型锗浓缩方法制备SGOI和GOI材料。通过优化氧化退火温度和时间,利用SOI基Si0.81Ge0.19材料成功制备出Ge组分从0.24到1的高质量SGOI/GOI材料。研究表明,在氧化退火初始阶段,SiGe层Ge组分不断提高,SiGe层厚度不断减小,由于SiGe层厚度小于临界厚度,其应变状态遵循异质结构的临界厚度限制,应变弛豫度较小。当SiGe层中Ge组分大于0.5时,氧化引起的SiGe层厚度的减小变缓,而Ge组分提高导致临界厚度减小,SiGe层厚度大于临界厚度时,则发生较大的应变弛豫。当形成GOI时,Ge受到张应变,此时的应变由热失配主导。在室温下观测到11nm厚GOI样品Ge直接带跃迁光致发光。
3、设计并探索了SOI、GOI衬底NiSi(NiGe)肖特基源漏结金属栅MOSFETs的制作工艺,制备了栅长为150μm,栅宽为1600μm,环栅面积为2.4×105μm2,栅氧化层厚度约为35nm的SOI、GOI肖特基结源漏MOSFETs。初步测试验证了其电学特性,器件工艺需要进一步优化。