Το γερμάνιο ως υλικό νανοηλεκτρονικών διατάξεων Κουμελά Αλεξάνδρα Υπεύθυνος Καθηγητής: Δ. Τσουκαλάς

2 Ιστορική Αναδρομή 1886 : Ανακάλυψη του γερμανίου από τον Clemens Winkler 1950 : Φέρνει την επανάσταση στην ηλεκτρονική 1980 : Αναζωπυρώνεται το ενδιαφέρον για το γερμάνιο 2006 : Συνεχίζονται οι μελέτες για το γερμάνιο με μεγαλύτερο ενδιαφέρον

3 Ιδιότητες του γερμανίου Συμβολισμός : Ge Ατομικός Αριθμός: 32 Κρυσταλλική Δομή : Αδάμαντας Ενέργεια χάσματος (300K) : 0.66 eV Σταθερά πλέγματος : Å Ευκινησία φορέων ηλεκτρόνια : 3900cm 2 /Vs οπές : 1900cm 2 /Vs Σημείο τήξεως : 937°C

4 Μέθοδοι ανάπτυξης γερμανίου Επιταξιακή ανάπτυξη φιλμ Ge σε υπόστρωμα Si με μοριακή δέσμη σε κενό Χημική εναπόθεση ατμών Ge σε υψηλό κενό σε υπόστρωμα Si Ανάπτυξη φιλμ Ge σε υπόστρωμα Ge με θερμική εξάχνωση σε κενό

5 Δισκίδια Ge Δισκίδια Ge μπορεί να προμηθευτεί κανείς στο εμπόριο από διάφορες εταιρίες. Έχουν αναπτυχθεί δισκίδια πάχους 120 – 5000μm και διαμέτρου 1΄΄ – 8΄΄

6 Λόγοι μετατόπισης του ενδιαφέροντος από το Si στο Ge Ύπαρξη ορίων στη συνεχή μείωση των διαστάσεων Η ευκινησία (μ) των ελεύθερων φορέων στο Ge είναι μεγαλύτερη από ότι στο Si Το ενεργειακό χάσμα του Ge είναι μικρότερο από του Si

7 Τεχνολογίες Ge Ετεροδομές MOSFET SiGe μονού – καναλιού Ετεροδομές MOSFET SiGe διπλού – καναλιού MOSFET Ge

8 MOSFET(Metal Oxide Field – Effect Tranzistor)

9 Ετεροδομές SiGe μονού καναλιού Το Ge χρησιμοποιείται στη δημιουργία ενός ενδιάμεσου υποστρώματος Si 1-x Ge x πάνω στο οποίο εναποτίθεται ένα φιλμ ε-Si.

10 ε-Si πάνω σε SiGe

11 Ετεροδομές SiGe διπλού καναλιού Η ύπαρξη ενός δεύτερου καναλιού πλούσιο σε Ge ε-Si 1-z Ge z κάτω από το επιφανειακό ε-Si προσφέρει μεγαλύτερη ευκινησία στις οπές. Αντίθετα, η ευκινησία των ηλεκτρονίων δεν παρουσιάζει μεγάλη διαφορά σε σχέση με τις ετεροδομές μονού – καναλιού.

12 Λόγοι αύξησης της ευκινησίας των οπών Συμπίεση του ε-Si 1-z Ge z Τύπου – Ι ευθυγράμμιση των ζωνών ε-Si 1-z Ge z και Si 1-x Ge x Η μορφή των ζωνών στο ε-Si 1-z Ge z είναι τύπου Ge

13 Τομή μιας ετεροδομής MOSFET SiGe διπλού καναλιού

14 Απεικόνιση ενός MOSFET SiGe διπλού καναλιού

15 Παράμετροι απόδοσης p- MOSFET διπλού-καναλιού Επίδραση του ποσοστού του Ge που περιέχεται στο κανάλι ε-Si 1-z Ge z Επίδραση της παραμόρφωσης στο κανάλι ε-Si 1-z Ge z Επίδραση του πάχους του καναλιού ε-Si 1-z Ge z Επίδραση του πάχους του ε-Si

16 Εξάρτηση της μ eff από το h Si

17 MOSFET Ge Επιθυμία για μεγαλύτερα ρεύματα στον απαγωγό Χρησιμοποίηση διηλεκτρικών υλικών μεγάλης διηλεκτρικής σταθεράς(high-k dielectrics)

18 Υλικά μεγάλης διηλεκτρικής σταθεράς(high-k dielectrics) Equivalent Oxide Thickness (EOT) Αποφυγή φαινομένων σήραγγας Διατήρηση της χωρητικότητας του πυκνωτή που δημιουργείται μεταξύ πύλης – ημιαγωγού

19 Προσμίξεις στο Ge Προσμίξεις τύπου – αποδέκτες : Β Προσμίξεις τύπου – δότες : P, As, Sb

20 Μελέτη των προσμίξεων στο Ge 1.Διάχυση των προσμίξεων 2.Ηλεκτρική Ενεργοποίηση

21 Προφίλ Β και P στο Ge

22 Βιβλιογραφία 1.Τσουκαλάς Δ., “Τεχνολογία Μικροσυστημάτων”, Εκδόσεις ΕΜΠ, Αθήνα Chi On Chui, Kailash Gopalakrishnan, Peter B. Griffin, James D. Plummer, and Krishna C. Saraswat, “Activation and diffusion studies of ion-implanted p and n dopants in germanium”, Applied Physics Letter Vol. 83 No. 16(2003) 3.Chi On Chui, Leonard Kulig, Jean Moran, and Wilman Tsai, “Germanium n-type shallow junction activation dependences”, Applied Physics Letters Vol.87 (2005) 4.Jidong Huang, Nan Wu, Qingchun Zhang, Chunxiang Zhu, Andrew A. O. Tay, Guoxin Chen and Minghui Hong, “Germanium n + /p junction formation by laser thermal process”, Applied Physics Letters Vol.87(2005) 5.Minjoo L. Lee, Eugene A. Fitzerald, Mayank T. Bulsara, Matthew T, Currie and Anthony Lochtefeld, “Strained Si, SiGe, and Ge channels for high mobility metal- oxide-semiconductor field-effect tranzistors”, Journal of Applied Physics Vol.97 (2005) 6.J. Liu, H. J. Kim, O. Hul’ko, Y. H. Xie, S. Sahni, P.Bandaru, and E. Yablonovitch, “Ge films grown on Si subtrates by molecular-beam epitaxy below 450 o C”, Journal of Applied Physics Vol.96,No.1(2004) 7.Nan Wu, Qingchun Zhang, Chunxiang Zhu, Chen Shen, M. F. Li, D. S. H. Chan, and N. Balasubramanian, “BTI and Charge Trapping in Germanium p- and n- MOSFETs with CVD HfO 2 Gate Dielectric”, IEEE (2005) 8.