高质量UTBB GeOI衬底的积累型与反型nMOSFET研究

"这篇论文详细探讨了通过直接键合与抛光技术在高质量锗衬底上制造超薄绝缘层上锗（UTBB GeOI）结构，以实现积累型与反型nMOSFET的过程。作者赵毅是浙江大学信息与电子工程学院的教授，其研究方向包括新沟道材料的CMOS器件及其相关物理现象。" 正文: 在当前的微电子领域，不断缩小的器件尺寸和提升性能的需求推动了对新材料和新技术的研究。这篇论文关注的是在超薄绝缘层上锗衬底（UTBB GeOI）上构建高性能nMOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）的方法。直接键合是一种在两个半导体晶片之间创建牢固连接的技术，它可以用于制造无缺陷的异质结构，例如将高质量的体锗（Ge）与体硅（Si）直接键合在一起。 实验过程首先涉及直接键合高质量的体Ge与体Si，这一过程对于形成低缺陷密度的界面至关重要。键合后的晶片经过机械减薄，以去除多余的材料，然后采用化学机械抛光（CMP）技术进一步减小晶片的厚度，同时确保表面的平整度。CMP技术在半导体制造中广泛应用，因为它能够有效去除表面不平整并实现全局平坦化，这对于制造超薄绝缘层至关重要。 结果显示，经过减薄和抛光处理后，得到了Ge层厚度为9纳米，超薄绝缘层厚度为13纳米的UTBB GeOI衬底。这样的超薄结构对于提高MOSFET的开关速度和降低漏电流非常有利。同时，CMP技术显著降低了表面粗糙度，达到0.2纳米，这对于优化器件性能和减少电荷陷阱至关重要。此外，拉曼光谱分析证实，即使经过减薄和抛光，体Ge的晶体质量仍得以保持，这表明整个过程对晶体结构的破坏极小。 基于这些高质量的UTBB GeOI衬底，作者成功制备了积累型和反型工作的nMOSFET。积累型nMOSFET在栅极电压低于阈值电压时，通道内没有电子积累，而在高于阈值电压时，电子在沟道中积累，形成电流。反型nMOSFET则在沟道下方的绝缘层中产生电子积累，改变沟道的导电性。这两种模式的nMOSFET对于逻辑电路设计提供了更大的灵活性。 通过这种方法，该研究不仅展示了直接键合和抛光技术在制造高性能GeOI结构中的潜力，而且为未来Ge基半导体器件的发展提供了新的途径。这种技术的进步对于实现下一代高性能、低功耗的电子设备具有重要意义，特别是在移动计算和高速通信等应用中。 关键词：直接键合；超薄绝缘层上锗（UTBB GeOI）；金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）；积累型；反型。