Silizium Germanium p-Kanal Heterostruktur Feldeffekttransistoren

Abstract

Die untersuchten p-Kanal Heterostruktur Feldeffekttransistoren bestanden aus einem SiGe-Kanal bzw. einem reinem Ge-Kanal auf einem relaxierten SiGe-Puffer. Es wurden hierbei zwei Konzepte verfolgt: zum einen Ge/SiGe-MODFETs mit Schottky-Gates und zum anderen SiGe-Kanal MOSFETs. Die verwendeten Epitaxieschichten wurden mittels Molekularstrahlepitaxie (MBE) und teilweise auch mittels Low Energy-PECVD hergestellt. Magnetfeldabhängige Hall-Messungen an modulationsdotierten SiGe-Kanal Heterostrukturen ergaben Löcherbeweglichkeiten von bis zu 785 cm^2/Vs (Si0.36Ge0.64-Kanal), 1174 cm^2/Vs (Si0.2Ge0.8-Kanal) und 1876 cm^2/Vs (Ge-Kanal). Die untersuchten MODFETs bestanden aus einem verspannten Ge-Kanal auf einem relaxierten Si0.4Ge0.6 Puffer. Bei einer Gatelänge von 0.1 µm zeigten die Ge-Kanal MODFETs maximale Steilheiten von 190 mS/mm und Grenzfrequenzen von f_T=56 GHz und f_max=135 GHz. Die minimale Rauschzahl lag bei 0.5 dB (bei 2.5 GHz). Bei den p-SiGe-Kanal MOSFETs wurden Strukturen mit Ge-Konzentrationen zwischen 60 % und 83 % im Kanal untersucht. Die minimale Gatelänge lag bei 1 µm. Das Gateoxid wurde mittels Remote Plasma PECVD und konventioneller PECVD hergestellt. Die Transistoren zeigten Drainströme bis zu 440 mA/mm und Steilheiten von 120 mS/mm bei 1 µm Gatelänge und 5 nm Oxiddicke. Die effektive Löcherbeweglichkeit im SiGe-Kanal der MOSFETs wurde mittels Leitfähigkeitsmessungen und C-V-Messungen in Abhängigkeit vom vertikalen elektrischen Feld bestimmt. Dabei ergaben sich Maximalwerte von 420 cm^2/Vs bei einem Si0.35Ge0.65 Kanal und 760 cm^2/Vs bei einem Si0.17Ge0.83 Kanal. Diese Beweglichkeitswerte sind deutlich höher als bei einem konventionellen Si p-MOSFET (200 cm^2/Vs) und erreichen sogar die Werte eines konventionellen Si n-MOSFETs. Bei der Untersuchung der Temperaturstabilität der verspannten SiGe-Kanäle zeigte sich, dass bei Prozesstemperaturen oberhalb von 750° C, abhängig vom Ge-Gehalt, bereits eine merkliche Ausdiffusion von Ge aus dem SiGe-Kanal stattfindet.