栅介质/Si1-xGex(x≥0.5)界面特性的理解与调控研究
批准号:
61674063
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
张文峰
依托单位:
学科分类:
半导体器件物理
结题年份:
2020
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
安兵、陈颖、李杰、刘义、程帅、杨丽、罗添元
中文摘要
Si1-xGex是具有巨大商业化应用前景的CMOS器件沟道材料, 2015年7月IBM发布了首款7nm Si1-xGex原型芯片。良好的栅介质/Si1-xGex界面是提升器件性能的关键。在前期栅介质/Ge界面研究基础上,本项目针对栅介质/Si1-xGex(x≥0.5)界面,从界面粗糙度及界面缺陷控制出发,拟优化氢气退火处理/湿化学表面清洗工艺,制备原子级平坦Si1-xGex(x≥0.5)表面,并利用多靶磁控共溅射制备多元氧化物作为极薄钝化层钝化栅介质(如HfO2)/Si1-xGex(x≥0.5)界面缺陷,降低界面粗糙度及缺陷引起的载流子散射,提升器件性能。同时,开展x射线/内光电子能谱界面电子结构研究,建立工艺参数、界面缺陷、电子结构及器件性能之间联系,阐明界面特性影响器件性能的内在物理机制。本课题的实施,将为制备7nm及以下的Si1-xGex(x≥0.5)高性能器件提供理论与技术支持。
英文摘要
Since IBM delivered its working samples of chips with seven-nanometer silicon-germanium based transistors in July 2015, Si1-xGex(x≥0.5) attracts much more commercial attention as potential CMOS channel material. Interfacial control between dielectrics and Si1-xGex(x≥0.5) is crucial for the device performance, while the direct-relevant research is still insufficient. Based on our past experience of dielectrics/Ge interface study, this project focuses on the interfacial control of dielectrics/Si1-xGex(x≥0.5) including surface roughness and interfacial defects. Atomically flat Si1-xGex(x≥0.5) surface with step and terrace structure is proposed to be prepared by H2 annealing/Wet chemical cleaning approaches via optimizing the controlling factor, to reduce the carrier scattering during the devices operation. Also, an ultrathin multi-element film composed of binary/ternary oxide is proposed to be inserted between dielectrics and Si1-xGex(x≥0.5) as passivation layer via a co-sputtering method, to further improve interfacial quality with the passivation effect to the interfacial defects. We will also investigate the electronic structure of dielectrics/Si1-xGex(x≥0.5) by using x-ray photoemission spectroscopy and internal photoemission spectroscopy, to understand the connection between process control, interfacial defects, electronic structure and the device performance. The insight into the mechanism of interfacial defects on device performance is expected to be revealed. This study will provide both theoretical and technical support on the fabrication process control of high performance seven-nanometer silicon-germanium based transistors.
锗是集成电路产业先进技术节点用取代硅基CMOS器件的关键半导体沟道材料。本项目以以锗沟道材料为主要研究对象,围绕栅介质筛选、高质量栅介质/Ge界面优化、界面电子结构解析、高性能晶体管器件制备、锗/新型TMDs薄膜杂化沟道器件构筑等开展了系统研究。通过本项目的实施,我们(1)成功筛选出YOx作为与Ge衬底具有良好相容性的栅介质,确定了高质量栅介质/Ge堆栈结构最佳工艺条件,制备了高性能柔性Ge纳米线场效应晶体管器件,器件具有高的载流子迁移率~17 cm2V−1s−1,开关电流比~2×103,阈值电压~-0.36V及良好的稳定性和柔性;(2)解析了GeO2/Ge堆叠结构界面电子结构,阐明了缺陷影响Ge基CMOS器件性能影响机理,为理解栅介质/锗界面特性提供了新的思路;(3)开发了大范围MoTe2纳米带阵列的CVD相可控制备及转移工艺,实现了Ge/MoTe2异质结光电探测器器件构筑及性能研究。此外,本项目还拓展研究了集成电路先进技术节点用新型MoTe2、WTe2薄膜相可控合成、表面氧化动力学特性、铁磁性掺杂、电化学特性等。课题的顺利执行为集成电路先进技术节点用取代硅CMOS工艺提供了一定的理论与技术支持。项目执行期间,共发表期刊论文12篇,会议论文3篇,英文学术书籍章节一章;项目负责人获批湖北省楚天学者计划(楚天学子),华中科技大学华中卓越学者晨星岗;培养研究生11名。
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DOI:
10.1021/acs.energyfuels.8b00454
发表时间:
2018
期刊:
Energy & Fuels
影响因子:
5.3
作者:
[Hong Meiling, Li Jie, Zhang Wenfeng, Liu Shantang, Chang Haixin]
通讯作者:
Chang Haixin
DOI:
10.1021/acs.jpcc.8b00679
发表时间:
2018
期刊:
Journal of Physical Chemistry C
影响因子:
3.7
作者:
[Li Jie, Cheng Shuai, Liu Zhixuan, Zhang Wenfeng, Chang Haixin]
通讯作者:
Chang Haixin
Fast and controlled growth of two-dimensional layered ZrTe3 nanoribbons by chemical vapor deposition
化学气相沉积法快速、可控地生长二维层状 ZrTe3 纳米带
DOI:
10.1039/c9ce00793h
发表时间:
2019-09
期刊:
CrystEngComm
影响因子:
3.1
作者:
[Yu Xu, Wen Xiaokun, Zhang Wenfeng, Yang Li, Wu Hao, Lou Xun, Xie Zijian, Liu Yuan, Chang Haixin]
通讯作者:
Chang Haixin
Tellurization Velocity-Dependent Metallic-Semiconducting Metallic Phase Evolution in Chemical Vapor Deposition Growth of Large Area, Few-Layer MoTe2
大面积、少层 MoTe2 化学气相沉积生长中与碲化速度相关的金属-半导体金属相演化
DOI:
10.1021/acsnano.6b08109
发表时间:
2017
期刊:
ACS Nano
影响因子:
17.1
作者:
[Yang Li, Zhang Wenfeng, Li Jie, Cheng Shuai, Xie Zijian, Chang Haixin]
通讯作者:
Chang Haixin
Ta Doping Enhanced Room-Temperature Ferromagnetism in 2D Semiconducting MoTe2 Nanosheets
Ta 掺杂增强了二维半导体 MoTe2 纳米片的室温铁磁性
DOI:
10.1002/aelm.201900552
发表时间:
2019
期刊:
Advanced Electronic Materials
影响因子:
6.2
作者:
[Yang Li, Wu Hao, Zhang Wenfeng, Lou Xun, Xie Zijian, Yu Xu, Liu Yuan, Chang Haixin]
通讯作者:
Chang Haixin
共 12 条
锗晶圆衬底上高性能超薄MoTe2纳米带晶体管器件构筑与性能研究
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批准号:62074061
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项目类别:面上项目
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资助金额:61.0万元
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批准年份:2020
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负责人:张文峰
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依托单位:
单层/少层二碲化钼(MoTe2)纳米片晶体管器件中的界面调控研究
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批准号:51502101
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2015
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负责人:张文峰
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依托单位:
国内基金
海外基金