Effect of ultrathin GeOx interfacial layer formed by thermal oxidation on Al2O3 capped Ge
Effect of ultrathin GeOx interfacial layer formed by thermal oxidation on Al2O3 capped Ge
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热氧化形成的超薄GeOx界面层对Al2O3封端Ge的影响
DOI：
10.1088/1674-1056/23/4/046804
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发表时间：
2014-02
影响因子：
1.7
通讯作者：
Liu Hong-Gang
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Xue Bai-Qing;Wu Wang-Ran;Zhao Yi;Liu Hong-Gang
我们提出了一种改进的热氧化方法，其中Al2O3覆盖层用作氧阻挡层（OBL），形成超薄GeOx界面层，并获得优异的Al2O3/GeOx/Ge栅堆叠。 GeOx界面层是氧气穿过Al2O3 OBL发生氧化反应而形成的，其中Al2O3层可以抑制氧的扩散并抑制热处理过程中GeO的解吸。随着Al2O3 OBL厚度的增加，GeOx界面层的厚度会急剧减小，这有利于实现超薄GeOx界面层，以满足小等效氧化物厚度（EOT）的需求。此外，GeOx界面层的厚度对Al2O3/Ge界面的钝化效果影响不大。使用 Al2O3/GeOx/Ge 栅极堆叠的 Ge (100) p 沟道金属氧化物半导体场效应晶体管 (pMOSFET) 表现出优异的电气特性；也就是说，实现了高于 1×104 的漏极电流开关 (Ion/Ioff) 比、约 120 mV/dec 的亚阈值斜率以及 265 cm2/Vs 的峰值空穴迁移率。
We propose a modified thermal oxidation method in which an Al2O3 capping layer is used as an oxygen blocking layer (OBL) to form an ultrathin GeOx interfacial layer, and obtain a superior Al2O3/GeOx/Ge gate stack. The GeOx interfacial layer is formed in oxidation reaction by oxygen passing through the Al2O3 OBL, in which the Al2O3 layer could restrain the oxygen diffusion and suppress the GeO desorption during thermal treatment. The thickness of the GeOx interfacial layer would dramatically decrease as the thickness of Al2O3 OBL increases, which is beneficial to achieving an ultrathin GeOx interfacial layer to satisfy the demand for small equivalent oxide thickness (EOT). In addition, the thickness of the GeOx interfacial layer has little influence on the passivation effect of the Al2O3/Ge interface. Ge (100) p-channel metal–oxide–semiconductor field-effect transistors (pMOSFETs) using the Al2O3/GeOx/Ge gate stacks exhibit excellent electrical characteristics; that is, a drain current on-off (Ion/Ioff) ratio of above 1×104, a subthreshold slope of ~ 120 mV/dec, and a peak hole mobility of 265 cm2/Vs are achieved.
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