应变硅

应变硅是指内部硅原子间距被拉伸并超出正常值的硅层。将硅层置于矽鍺()衬底上即可实现此结构。由于底部硅锗层的原子排列比体硅晶体更稀疏,硅层原子在与其对齐时,硅原子间的化学键会发生拉伸,进而形成应变硅。硅原子间距增大减弱了干扰电子穿过晶体管的原子间作用力,提升了迁移率。这不仅改善了芯片性能,也降低了能耗。此类电子的移动速度最高可提升70%,使应变硅晶体管的开关速度提升35%。

近期的技术进展包括采用金属有机气相外延(MOVPE)沉积应变硅。该技术以金属有机化合物为前驱体,例如硅源(硅烷与二氯硅烷)及锗源(锗烷、四氯化鍺与异丁基锗烷)。

诱导应变的较新方法包括在源极和漏极掺杂具有晶格失配特性的原子,如锗和碳。在P沟道MOSFET的源极和漏极中进行浓度高达20%的锗掺杂,会在沟道内产生单轴压应变,从而提高空穴迁移率。在N沟道MOSFET的源极和漏极中进行低至0.25%的碳掺杂,会在沟道内产生单轴张应变,从而提高电子迁移率。在NMOS晶体管上覆盖高应力氮化矽层,是产生单轴张应变的另一种方法。晶圆级方法在制造MOSFET前便对沟道层诱导应变。与之不同,上述方法在MOSFET制造过程中诱导产生应变,借此改变晶体管沟道内的载流子迁移率。

历史
使用锗使硅产生应变以改良场效应晶体管的构想,似乎至少可追溯至1991年。

2000年,麻省理工学院的一份报告探讨了基于硅锗异质结构的PMOS器件在理论与实验层面的空穴迁移率。

据报道,2003年IBM是该技术的主要支持者之一。

2002年,英特尔已在2000年初的90纳米X86奔騰微处理器系列中采用了应变硅技术。2005年,AmberWave公司起诉英特尔,指控其应变硅相关技术侵犯专利。

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参考
延伸阅读
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