シリコン・ゲルマニウム系半導体ヘテロ構造の電気伝導特性と素子応用に関する研究

硅锗基半导体异质结构导电性能及器件应用研究

• 批准号: 01J05294
• 负责人: 入沢 寿史
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-01J05294/
• 关键词: 分子線エピタキシー; シリコン・ゲルマニウム; 半導体歪みヘテロ構造; 高移動度トランジスタ; 2次元キャリアガス

これまでに、分子線エピタキシー装置を用いて、Si基板上に高品質な歪みGeチャネル構造を作製し、室温で3000cm^2/Vsという超高正孔移動度を達成していたが、本構造を用いたトランジスタを作製したところ、基板側を流れる大きなリーク電流が存在し、良好なデバイス特性は得られなかった。このリーク電流の起源を突き止めたところ、SiGe緩和バッファ全体を流れる電流であることが分かったので、その抑制をSiGe緩和バッファ中にn型ドーピングを行うことにより試みた。その結果、良好なデバイス動作を示すトランジスタの作製が可能となり、室温実効正孔移動度2700cm^2/Vsが達成された。この値は、現在使用されているSip型トランジスタの値の約30倍にも相当する画期的な値であり、本構造が集積回路に応用されれば、飛躍的な性能向上が実現されることが実証された。また、歪みGe中の電気伝導特性をより詳細に調べるため、磁気輸送特性評価を行った。シュブニコフ・ドハース(SdH)振動の温度依存性から正孔の有効質量を導出したところ、バルクGeの値(0.28m_0)から大幅に減少すること、また、価電子帯の非放物線性のため、キャリア濃度の増大とともに大幅に増大することが分かった。本研究で得られた値は、キャリア濃度5.7x10^<11>cm^<-2>で(0.087±0.005)m_0、2.1x10^<12>cm^<-2>で(0.19±0.01)m_0であった。これらの値は、上述の超高移動度を説明するのに十分小さな値である。一方、低温における移動度はこの結果に反し、キャリア濃度の増大とともに増大した。これは、低温においてはクーロン散乱のスクリーニング効果が非常に強いことを意味している。実際、SdH振動の磁場依存性から、低温においてはドーピング層に存在する不純物による散乱が支配的であることが明らかとなった。

In this case, the molecular wire is used in the device, and the high-quality Ge crystal structure is manufactured on the Si substrate. The room temperature is 3000 cm2/Vs, and the ultra-high positive hole mobility is achieved. In this case, the structure is manufactured in the substrate side, and the current is large. The current is good. The source of the current is the current, the SiGe buffer is the current, and the SiGe buffer is the current. As a result, good performance was achieved with a hole mobility of 2700 cm^2/Vs at room temperature. This value is about 30 times of the current value of the Sip type capacitor. This structure is used for the integrated circuit and the performance of the leap is improved. The electrical conductivity of Ge in the sample was investigated in detail, and the magnetic conductivity was evaluated. The temperature dependence of the vibration of the SdH decreases greatly from the positive pore mass to the negative pore mass (0.28m_0), and increases greatly from the negative pore mass to the negative pore mass to the negative pore mass. In this study<11><-2><12>, the concentrations <-2>of This is a very small value for explaining the above ultra-high mobility. On the one hand, the temperature of the mobile phase is relatively high, and the concentration of the mobile phase increases. This is the result of a very high temperature. In practice, the dependence of SdH vibration on magnetic field, the existence of impurities in the low temperature and the dispersion of particles, etc.

项目成果

Toshifumi Irisawa: "Ultrahigh room-temperature hole Hall and effective mobility in Si_<0.3>Ge_<0.7>/Ge/Si_<0.3>Ge_<0.7> heterostructures"Applied Physics Letters. 81. 847-849 (2002)

Toshifumi Irisawa：“Si_<0.3>Ge_<0.7>/Ge/Si_<0.3>Ge_<0.7>异质结构中的超高室温空穴霍尔和有效迁移率”应用物理快报。

Toshifumi Irisawa: "Growth of SiGe/Ge/SiGe heterostructures with ultrahigh hole mobility and their device application"Journal of Crystal Growth. (2003)

Toshifumi Irisawa：“具有超高空穴迁移率的 SiGe/Ge/SiGe 异质结构的生长及其器件应用”《晶体生长杂志》。

Toshifumi Irisawa: "Hole density dependence of effective mass, mobility and transport time in strained Ge channel modulation-doped heterostructures"Applied Physics Letters. 82. 1425-1427 (2003)

Toshifumi Irisawa：“应变 Ge 通道调制掺杂异质结构中有效质量、迁移率和传输时间的空穴密度依赖性”应用物理快报。