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。     

微区中MBE共度生长SiGe/Si异质结构的应变和退火效应

报道了在Si衬底上微米尺寸的介质膜窗口中,采用分子束外延技术共度生长的Si0.8Ge0.2薄膜的应变及其退火特性. 实验表明,微区生长材料的这些特性,与同一衬底上无边界约束条件下生长的材料相比,有明显的不同.微米尺寸窗口中生长的SiGe/Si材料的应变与窗口尺寸有关,也和窗口的掩膜中的内应力有关.实验还表明,边缘效应对于微区中共度生长的SiGe/Si材料的热稳定性也有显著的影响.在3μm×3μm窗口中共度生长的Si0.8Ge0.2/Si异质结构材料,在950℃高温退火30min后,它的应变弛豫不大于4%.远小于同一衬底上非微区生长材料的应变弛豫.文章还对微区生长材料的这些特性成因进行了探讨.     

微区中MBE共度生长SiGe/Si异质结构的应变和退火效应

报道了在Si衬底上微米尺寸的介质膜窗口中,采用分子束外延技术共度生长的Si0.8Ge0.2薄膜的应变及其退火特性. 实验表明,微区生长材料的这些特性,与同一衬底上无边界约束条件下生长的材料相比,有明显的不同.微米尺寸窗口中生长的SiGe/Si材料的应变与窗口尺寸有关,也和窗口的掩膜中的内应力有关.实验还表明,边缘效应对于微区中共度生长的SiGe/Si材料的热稳定性也有显著的影响.在3μm×3μm窗口中共度生长的Si0.8Ge0.2/Si异质结构材料,在950℃高温退火30min后,它的应变弛豫不大于4%.远小于同一衬底上非微区生长材料的应变弛豫.文章还对微区生长材料的这些特性成因进行了探讨.     

(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.     

(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/(001)Si_(1-x)Ge_x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。     

量子点的形成对Si/Ge界面互扩散的影响

在Si(100)衬底上低温生长了一层完全应变的Ge层,高温退火形成量子点.我们用喇曼光谱研究了量子点形成时Si/Ge界面的互扩散现象,实验表明量子点的形成伴随着Si/Ge原子之间的互扩散,通常在Si衬底上形成的是SiGe合金量子点,而不是纯Ge量子点.     

量子点的形成对Si/Ge界面互扩散的影响

在Si(100)衬底上低温生长了一层完全应变的Ge层,高温退火形成量子点.我们用喇曼光谱研究了量子点形成时Si/Ge界面的互扩散现象,实验表明量子点的形成伴随着Si/Ge原子之间的互扩散,通常在Si衬底上形成的是SiGe合金量子点,而不是纯Ge量子点.     

CVD生长Si基Si1-x-yGexCy合金层应变的研究

用Raman谱和AES能谱分析了用RTP/VLP-CVD方法生长在Si衬底上的SiGeC合金外延薄膜的应变。结果表明:用RTP/VLP-CVD方法生长的SiGeC合金中掺入的C呈间隙原子或替位原子的形式分布,其中大部分为间隙原子,少量为替位C原子,但是替位C原子的存在有效地调节了SiGeC合金层的应变;另外由于采用乙烯做C源,生长温度较高也使SiGeC合金层的应变部分被弛豫。由于C的掺入,Si基上生长SiGeC合金的应变和相同Ge含量的SiGe合金相比较大大减小,临界厚度大大增加,有利于在Si衬底上生长出达到一定厚度的更高质量的族元素合金半导体材料。     

用减压化学气相沉积技术制备应变硅材料

利用减压化学气相沉积技术,制备出应变Si/弛豫Si0.9Ge01/渐变组分弛豫SiGe/Si衬底.通过控制组分渐变SiGe过渡层的组分梯度和适当优化弛豫SiGe层的外延生长工艺,有效地降低了表面粗糙度和位错密度.与Ge组分突变相比,采用线性渐变组分后,应变硅材料表面粗糙度从3.07nm减小到0.75nm,位错密度约为5×104 cm-2,表面应变硅层应变度约为0.45%.     

应变Si沟道异质结NMOS晶体管

通过参数调整和工艺简化,制备了应变Si沟道的SiGe NMOS晶体管.该器件利用弛豫SiGe缓冲层上的应变Si层作为导电沟道,相比于体Si器件在1V栅压下电子迁移率最大可提高48.5%.     

应变Si沟道异质结NMOS晶体管

通过参数调整和工艺简化,制备了应变Si沟道的SiGe NMOS晶体管.该器件利用弛豫SiGe缓冲层上的应变Si层作为导电沟道,相比于体Si器件在1V栅压下电子迁移率最大可提高48.5%.     

Strained layer piezoelectric semiconductor devices

III–V semiconductors are piezoelectric. Quantum wells grown pseudomorphically strained on the (111) face are axially polarized and include strong, built-in do electric fields. The associated loss of inversion symmetry in the wells has important consequences for the electrooptic properties of these structures. They can be exploited to improve the performance of a number of existing optoelectronic devices and also to generate new ones. In this paper we review some of these properties and discuss the work at Sheffield investigating the prospects for improved performance and novel. devices in the strained InGaAs/AlGaAs/GaAs and InGaAs/InAlAs/InP systems.     

Strained GaInAs-base hot electron transistor

A hot electron transistor (HET) which has a strained GaInAs base and a graded AlGaAs collector barrier was grown on a GaAs substrate by metalorganic chemical vapour deposition. In this device, the difference in energy levels between the L-band minima of the base and the top of the collector barrier is wider than that in GaAs-base HETs, which results in a common emitter current gain β (collector current/base current) as high as 30     

GSMBE生长1.84um波长InGaAs／InGaAsP应变量子阱激光器

报道了GSMBE方法生长波长1.84um的InGaAs/InGaAsP/InP应变激光器,40um条宽、800um腔长的平面电极条形结构器件,室温下以脉冲方式激射,20℃下阈值电流密度为3.8kA/cm^2,外微分量子效率为9.3%。     

应变SiGe沟道pMOSFET的击穿特性

以半导体器件二维数值模拟程序Medici为工具,模拟和对比了SiGe pMOS同Si pMOS的漏结击穿电压随栅极偏压、栅氧化层厚度和衬底浓度的变化关系;研究了SiGe pMOS垂直层结构参数硅帽层厚度、SiGe层厚度及Ge剂量和p+ δ掺杂对于击穿特性的影响.发现SiGe pMOS击穿主要由窄带隙的应变SiGe层决定,击穿电压明显低于Si pMOS并随Ge组分增加而降低;SiGe/Si异质结对电场分布产生显著影响,同Si pMOS相比电场和碰撞电离具有多峰值分布的特点;Si帽层及SiGe层参数对击穿特性有明显影响,增加p型δ掺杂后SiGe pMOS呈现穿通击穿机制.     

应变SiGe沟道pMOSFET的击穿特性

以半导体器件二维数值模拟程序Medici为工具,模拟和对比了SiGepMOS同SipMOS的漏结击穿电压随栅极偏压、栅氧化层厚度和衬底浓度的变化关系;研究了SiGepMOS垂直层结构参数硅帽层厚度、SiGe层厚度及Ge剂量和p+ δ掺杂对于击穿特性的影响.发现SiGepMOS击穿主要由窄带隙的应变SiGe层决定,击穿电压明显低于SipMOS并随Ge组分增加而降低;SiGe/Si异质结对电场分布产生显著影响,同SipMOS相比电场和碰撞电离具有多峰值分布的特点;Si帽层及SiGe层参数对击穿特性有明显影响,增加p型δ掺杂后SiGepMOS呈现穿通击穿机制     

Strained Interface Defects in Silicon Nanocrystals

The surface of silicon nanocrystals embedded in an oxide matrix can contain numerous interface defects. These defects strongly affect the nanocrystals’ photoluminescence efficiency and optical absorption. Dangling‐bond defects are nearly eliminated by H₂ passivation, thus decreasing absorption below the quantum‐confined bandgap and enhancing PL efficiency by an order of magnitude. However, there remain numerous other defects seen in absorption by photothermal deflection spectroscopy; these defects cause non‐radiative recombination that limits the PL efficiency to <15%. Using atomistic pseudopotential simulations, we attribute these defects to two specific types of distorted bonds: Si‐Si and bridging Si‐O‐Si bonds between two Si atoms at the nanocrystal surface.     

Strained MOSFETs on ordered SiGe dots

The potential of strained DOTFET technology is demonstrated. This technology uses a SiGe island as a stressor for a Si capping layer, into which the transistor channel is integrated. The structure information of fabricated samples is extracted from atomic force microscopy (AFM) measurements. Strain on the upper surface of a 30?nm thick Si layer is in the range of 0.7%, as supported by finite element calculations. The Ge content in the SiGe island is 30% on average, showing an increase towards the top of the island. Based on the extracted structure information, three-dimensional strain profiles are calculated and device simulations are performed. Up to 15% enhancement of the NMOS saturation current is predicted.     

一种新颖的应变Si沟道 pMOSFET制作技术

在应变Si沟道异质结场效应晶体管(HFET)制作过程中,引入分子束外延(MBE)低温Si(LT-Si)技术,大大减少了弛豫SiGe层所需的厚度.TEM结果表明,应变Si层线位错密度低于106cm-2.原子力显微镜(AFM)测试表明,其表面均方粗糙度小于1.02nm.器件测试结果表明,与相同条件下的体Si pMOSFET相比,空穴迁移率提高了25%.