(001)、(101)、(111) 双轴应变Si、应变SiGe空穴散射机制

本文基于费米黄金法则和波尔兹曼碰撞项近似理论,对Si基应变材料各空穴散射机率与应力强度、晶向的关系进行了深入的研究。结果表明：1）在应力的作用下,Si基应变材料总散射几率明显降低;2）当Ge组分为0.2时,总散射几率量化排序为应变Si/(111)Si1-xGex>应变Si/(101)Si1-xGex>应变Si1-xGex/(111)Si>应变Si1-xGex/(101)Si>应变Si/(001)Si1-xGex>应变Si1-xGex/(001)Si;3）应力作用下空穴声学声子散射几率的降低是引起Si基应变材料总散射几率降低的主要原因。本文量化结论可为Si基应变及其他应变材料的相关研究提供重要理论参考。     

应变Si/(111)Si1-xGex带边能级计算

采用结合形变势理论的k.p微扰法计算了（111）面弛豫Si1-xGex衬底生长双轴应变Si材料的带边能级。结果表明,应变Si/(111)Si1-xGex材料导带简并度与弛豫Si材料相同,价带带边简并度在应力的作用下部分消除,导带和价带带边能级均随着Ge组份（x）的增加而增加。此外,本文还给出了禁带宽度、价带劈裂能随Ge组份（x）的函数关系。以上量化结论可为Si基应变器件设计提供有价值的参考。     

应变Si_(1-x)Ge_x(001)空穴有效质量各向异性

利用应变Si1-xGex技术提高空穴迁移率是当前国内外关注的研究领域和研究发展重点。基于KP理论框架,研究获得了应变Si1-xGex/(001)Si材料沿不同晶向及各向同性空穴有效质量。结果表明,应变Si1-xGex/(001)Si带边[1-11]、[001]、[1-10]、[-110]和[100]晶向空穴有效质量在压应力的作用下变化明显,其各向异性更加显著。此外,当Ge组份较大时,带边和亚带边空穴各向同性有效质量接近,传统的"重空穴"和"轻空穴"概念失去意义。价带空穴有效质量与迁移率密切相关,该研究成果为Si基应变pMOS器件性能增强的研究及导电沟道的应力与晶向设计提供了重要理论依据。     

应变Si1-xGex (100)电子有效质量研究

基于结合形变势的KP理论框架,对应变Si1-xGex/(100)Si材料电子有效质量（包括导带能谷电子纵、横向有效质量,导带底电子态密度有效质量及电子电导有效质量）进行了系统的研究。结果表明：应变Si1-xGex/(100)Si材料导带能谷电子纵、横向有效质量在应力的作用下没有变化,其导带底电子态密度有效质量在Ge组份较小时随着x的增加而显著减小。此外,其沿[100]方向的电子电导有效质量随应力明显降低。以上结论可为应变Si1-xGex/(100)Si材料电学特性的研究提供重要理论依据。     

应变Si(100)态密度模型

应变Si技术是当前微电子领域研究发展的热点和重点,态密度是其材料的重要物理参量。基于应变Si/(100)Si1-xGex能带结构和载流子有效质量模型,获得了导带底电子和价带顶空穴态密度有效质量,并在此基础上建立了其导带底和价带顶附近态密度模型。该模型数据量化,可为应变Si/(100)Si1-xGex材料物理的理解及其他物理参量模型的建立奠定重要的理论基础。     

应变Si/(001)Si_(1-x)Ge_x价带结构

应变SiCMOS技术是当前国内外研究发展的重点,在高速/高性能器件和电路中有极大的应用前景。基于(001)面弛豫Si1-xGex衬底上生长的张应变Si的价带E(k)-k关系模型,研究获得了[100]和[001]晶向的价带结构及相应的空穴有效质量。结果表明,与弛豫材料相比,应变引起了应变Si/(001)Si1-xGex价带顶的劈裂,且同一晶向族内沿[001]和[100]两个晶向的价带结构在应力的作用下不再对称,相应的空穴有效质量随Ge组份有规律地变化。价带空穴有效质量与迁移率密切相关,该结论为Si基应变PMOS器件性能增强的研究及导电沟道的应力与晶向设计提供了重要理论依据。     

应变Sil-xGex/Si △i能谷附近色散关系的KP理论推导

基于对称性分析,应用KP微扰理论确定了应变Si1-xGex(0≤x<0.45)/(001),(111),(101)Si的△i能谷附近的色散关系.结果证明:应变Si1-xGx中的△i能级大小不同于弛豫Si-xGex的△1能级,而二者的横向、纵向有效质量(m*l,m*t)相同.△i和△1能级之差由形变势理论确定.最后,描述了双轴应变下外延层材料的导带带边特征.     

选择性腐蚀Si1-xGex与Si制备绝缘体上超薄应变硅

基于应变硅以及绝缘体上超薄应变硅(SSOI)工艺,使用氢氟酸、硝酸和醋酸的混合溶液与质量分数为25%的四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液选择性腐蚀Si1-xGex与Si以制备绝缘体上超薄应变硅。研究了质量分数为0.5%～5%的HF和Si1-xGex中Ge的含量对选择性腐蚀的腐蚀速度与选择比的影响,优化了选择性腐蚀工艺。采用氨水、过氧化氢和水的混合溶液处理选择性腐蚀后的Si1-xGex与Si表面,得到了高应变度、高晶体质量的超薄SSOI。采用原子力显微镜(AFM)测试腐蚀速度以及腐蚀后的表面粗糙度;使用喇曼光谱仪表征Si1-xGex以及应变硅的组分以及应变度;使用透射电子显微镜(TEM)对SSOI的晶体质量进行了表征。结果表明,超薄SSOI的表面粗糙度(RMS)为0.446 nm,顶层Si的应变度为0.91%,顶层应变硅层厚度为18 nm,且具有高的晶体质量。     

应变Sil-xGex/Si △i能谷附近色散关系的KP理论推导

基于对称性分析,应用KP微扰理论确定了应变Si1-xGex(0≤x<0.45)/(001),(111),(101)Si的△i能谷附近的色散关系.结果证明:应变Si1-xGx中的△i能级大小不同于弛豫Si-xGex的△1能级,而二者的横向、纵向有效质量(m*l,m*t)相同.△i和△1能级之差由形变势理论确定.最后,描述了双轴应变下外延层材料的导带带边特征.     

应变Si1-xGex/Si Δi能谷附近色散关系的KP理论推导

基于对称性分析,应用KP微扰理论确定了应变Si1-xGex（0≤x＜0．45）／（001）,（111）,（101）Si的△^能谷附近的色散关系．结果证明：应变Sil一,Ge,中的△^i能级大小不同于弛豫Si1-xGex的△1能级,而二者的横向、纵向有效质量（m1^＊,mt^＊）相同．△^i和△1能级之差由形变势理论确定．最后,描述了双轴应变下外延层材料的导带带边特征．     

应变Si/(001)Si1-xGex能带结构模型

应变Si材料的能带结构是研究设计高速/高性能器件和电路的理论基础。采用结合形变势理论的K.P微扰法建立了(001)面弛豫Si1-xGex衬底上生长的张应变Si的能带结构模型。结果表明:[001]、[001]方向能谷构成了张应变Si导带带边,其能量值随Ge组分的增加而变小;导带劈裂能与Ge组分成线性关系;价带三个带边能级都随Ge组分的增加而增加,而且Ge组分越高价带带边劈裂能值越大;禁带宽度随着Ge组分的增加而变小。该模型可获得量化的数据,对器件研究设计可提供有价值的参考。     

(101)面生长双轴应变Si带边模型

采用结合形变势理论的k·p微扰法建立了(101)面弛豫Si1-xGex衬底上生长的双轴应变Si的带边模型.结果表明:[001],[001],[100]及[100]方向能谷构成了该应变Si的导带带边,其能量值随Ge组分的增加而增加;导带劈裂能与Ge组分成正比例线性关系;价带三个带边能级都随Ge组分的增加而增加,而且Ge组分越高价带带边劈裂能值越大;禁带宽度随着Ge组分的增加而变小.该模型可获得量化的数据,为器件研究设计提供有价值的参考.     

应变Si_（1－x）Ge_x层本征载流子浓度和有效态密度的解析计算

计算了应变Ｓｉ１－ｘＧｅｘ层的本征载流子浓度及导带和价带有效态密度。用解析方法研究了它们与Ｇｅ组分ｘ和温度Ｔ的依赖关系。发现随Ｇｅ组分ｘ的增加，导带和价带有效态密度随之快速减小，而本征载流于浓度却随之而近乎指数式地增加。而且，温度Ｔ越低，导带和价带有效态密度随Ｇｅ组分ｘ的增加而减小得越快，而本征载流于浓度上升得越快。同时还发现，具有大Ｇｅ组分ｘ的应变Ｓｉ１－ｘＧｅｘ层，其用Ｓｉ相应参数归一化的导带和价带有效态密度及它们的积对温度Ｔ的依赖关系弱，而具有小Ｇｅ组分ｘ的应变Ｓｉ１－ｘＧｅｘ层，上述归一化参数对温度Ｔ的依赖关系强，这和目前仅有的文献［８］中，它们与温度依赖关系的定性研究结果相一致。     

应变Si1-xGex pMOSFET反型沟道空穴低场迁移率模型

在考虑应变对SiGe合金能带结构参数影响的基础上,提出了一个半经验的应变Sil-xGex/Si pMOSFET反型沟道空穴迁移率模型.在该模型中,给出了迁移率随应变的变化,并且考虑了界面陷阱电荷对载流子的库仑散射作用.利用该模型对室温下空穴迁移率随应变的变化及影响空穴迁移率的因素进行了分析讨论.     

应变Si1-x Gex pMOSFET反型沟道空穴低场迁移率模型

在考虑应变对SiGe合金能带结构参数影响的基础上,提出了一个半经验的应变Sil-xGex/Si pMOSFET反型沟道空穴迁移率模型.在该模型中,给出了迁移率随应变的变化,并且考虑了界面陷阱电荷对载流子的库仑散射作用.利用该模型对室温下空穴迁移率随应变的变化及影响空穴迁移率的因素进行了分析讨论.