Investigation on the interface states at strained Si/SiO2 interfaces formed on Si(110) substrates

Si(110) 衬底上应变 Si/SiO2 界面的界面态研究

• 批准号: 21K04900
• 负责人: 有元 圭介
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: University of Yamanashi
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04900/
• 关键词: 歪みシリコン; 界面準位; 高移動度トランジスタ; 集積回路; シリコン・ゲルマニウム; 結晶欠陥; MOSFET

我々の研究グループは(110)面を表面に有する伸長歪みシリコンにおいて正孔移動度が大幅に増大することを理論・実験により示してきた。実験結果は理論予測の妥当性を裏付けており、480 cm2/Vs（室温）の実効正孔移動度を報告した。この結果はシリコン系半導体の性能的限界が従来考えられてきたものより遥かに高いレベルにあることを示している。実験に用いている試料では、表面の凹凸が大きく、平坦性を向上させることで更に移動度を向上させることができると考えられる。R4年度の研究では、表面ラフネスと界面準位密度との関係を検証した。分子線エピタキシー法で形成した歪みシリコン／シリコン・ゲルマニウム／シリコン(110)構造上に化学気相成長法でシリコン酸化膜を堆積し、アルミ電極を蒸着してMOS構造を作製した。測定はLCRメータを用い、静電容量とコンダクタンスの周波数・バイアス電圧依存性を記録し、コンダクタンス法による界面準位密度の分析を試みた。その結果、原子間力顕微鏡による表面ラフネスと界面準位密度との間に正の相関が明瞭に見られた。静電容量・コンダクタンスは界面準位だけでなくヘテロ界面でのキャリアの挙動にも影響されるため、結果については検証が必要である。このため、別の手法で界面準位密度を見積もり、比較する。具体的には、MOSFET構造におけるCV法とゲート印加ホール測定法による電荷の相違から界面電荷を見積もる方法を検討している。また、シリコン・ゲルマニウム中の面欠陥の分布状況について透過型電子顕微鏡を用いて調べた。面欠陥はシリコン・ゲルマニウムの歪み緩和プロセスによって生じ、電気特性や表面形状に影響する。分析の結果、２つの方位をもつ面欠陥同士が交差しながら空間的には均一に分布する場合と、交差を避けるように不均一に分布する場合が存在することが明らかとなった。

我们的研究小组通过理论和实验表明，表面具有（110）面的伸长应变硅中空穴迁移率显着增加。实验结果证实了理论预测的有效性，并报告了 480 cm2/Vs（室温）的有效空穴迁移率。这一结果表明，硅基半导体的性能极限比之前想象的要高得多。实验中使用的样品表面凹凸较大，认为提高平整度可以进一步提高迁移率。在R4研究中，我们验证了表面粗糙度与界面态密度之间的关系。采用化学气相沉积法在分子束外延形成的应变硅/硅锗/硅(110)结构上沉积氧化硅薄膜，并蒸发铝电极以形成MOS结构。我们使用LCR表记录电容和电导对频率和偏置电压的依赖性，并尝试使用电导方法分析界面态密度。结果，原子力显微镜测量的表面粗糙度与界面态密度之间明显存在正相关关系。由于电容和电导不仅受到界面能级的影响，而且还受到异质界面处载流子行为的影响，因此需要验证结果。因此，使用另一种方法来估计和比较界面态密度。具体来说，我们正在研究一种基于 MOSFET 结构中 CV 方法和栅极施加空穴测量方法之间的电荷差异来估计界面电荷的方法。我们还使用透射电子显微镜研究了硅和锗中平面缺陷的分布。平面缺陷是由硅和锗的应变弛豫过程产生的，会影响电性能和表面形貌。分析的结果表明，存在两个取向的表面缺陷彼此交叉并在空间上均匀分布的情况，以及它们不均匀分布以避免交叉的情况。

项目成果

Strain and Defect Engineering for the (110)-Oriented Si pMOSFETs

(110) 取向 Si pMOSFET 的应变和缺陷工程

• 发表时间: 2021
• 作者: Keisuke Arimoto; Junji Yamanaka; Kosuke O. Hara; Kentarou Sawano; Kiyokazu Nakagawa
• 通讯作者: Kiyokazu Nakagawa

Strain Engineering for Enhancement of Hole Mobility in Silicon

用于增强硅中空穴迁移率的应变工程

• 发表时间: 2022
• 作者: Keisuke Arimoto

2段集束レンズ TEM を用いた NBD による SiGe 面間隔評価の試行

使用两级聚焦透镜 TEM 通过 NBD 评估 SiGe 间距的试验

• 发表时间: 2021
• 作者: 小國 琢弥;佐野 雄一;大島 佑介;原 康祐;有元 圭介;山中 淳二
• 通讯作者: 山中 淳二

Discrimination between Coherent and Incoherent Interfaces using STEM Moire

使用 STEM 莫尔条纹区分相干和非相干界面

• DOI: 10.1017/s1431927621008369
• 发表时间: 2021
• 影响因子: 2.8
• 作者: Junji Yamanaka; Daisuke Izumi; Chiaya Yamamoto; Mai Shirakura; Kosuke Hara; Keisuke Arimoto
• 通讯作者: Keisuke Arimoto

Evaluation of Lattice-Spacing of Si and SiGe by NBD using conventional TEM

使用传统 TEM 通过 NBD 评估 Si 和 SiGe 的晶格间距

• 发表时间: 2022
• 作者: Junji Yamanaka; Takuya Oguni; Joji Furuya; Kosuke O. Hara; Keisuke Arimoto
• 通讯作者: Keisuke Arimoto