Подвижность является важнейшей характеристикой МОПТ, непосредственно определяющей быстродействие всей системы

Подвижность является важнейшей характеристикой МОПТ, непосредственно определяющей быстродействие всей системы и максимальный ток насыщения. Величина подвижности в полупроводнике зависит от эффективной массы носителей в нём, которая, в свою очередь, определяется фундаментальными свойствами кристаллической решетки. Эти свойства можно изменять, подвергая решетку воздействию механического напряжения (это величина с размерностью «сила на единицу площади»). В частности, таким образом можно изменять эффективную массу носителей тока. Самый распространенный вариант создания механических напряжений состоит в использовании кремний – германиевых сплавов (см. также п. 3.13).

Кремний и германий являются химически совместимыми элементами и могут образовывать сплав GexSi1-x. При этом постоянная решетки германия (~0,56 нм) приблизительно на 4,2 % больше постоянной решетки кремния (~0,54 нм). Постоянная решетки сплава GexSi1-x находится по формуле

.

Если слой GexSi1-xвыращивать на подложке из кремния, то до некоторой критической толщины пленки GexSi1-x её рост происходит псевдоморфно – в плоскости роста сохраняется параметр решетки кремния. При этом кубическая алмазоподобная структура GexSi1-x переходит в тетрагональную, и в слое GexSi1-x возникают сжимающие напряжения. (рис. ).

 

С ростом толщины пленки напряжения нарастают, и при достижении некоторой критической толщины напряжения релаксируют путем образования дислокаций несоответствия, понижая полную энергию системы. В дальнейшем пленка растет уже релаксированной с алмазоподобной структурой.

Наоборот, если слой кремния выращивать на релаксированной подложке из кремний-германиевого сплава, то уже кремний оказывается под действием растягивающего механического напряжения, действующего по всем направлениям (так называемого биаксиального или двухосного растяжения). Механические напряжения изменяют структуру энергетических зон кремния. В зоне проводимости кремния в плоскости (001) растягивающие напряжения приводят к тому, что шестикратно вырожденные долины (эллипсоиды энергии) расщепляются на 4 верхние долины и 2 нижние. Эффективная масса в нижних долинах существенно уменьшается, а подвижность электронов растет. В инверсных слоях п-МОПТ при биаксиальных напряжениях подвижность увеличивается на 70%. (Рис.  )

 

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector