Напряжения снимают вырождение и в валентной зоне

Толщина слоя напряженного кремния составляет ~ 10 нм, а толщина слоя Si1-xGex – около 30 нм.

Напряжения снимают вырождение и в валентной зоне – происходит расщепление зон легких и тяжелых дырок в две зоны, эффективная масса в каждой из которых меньше, чем эффективная масса тяжелых дырок. При этом одна зона поднимается, а вторая опускается, так что ширина запрещенной зоны уменьшается. В зависимости от того, какие напряжения действуют − сжимающие или растягивающие − поднимается либо зона легких, либо зона тяжелых дырок. Оказывается, что наибольшее увеличение подвижности для электронов и дырок происходит для разных направлений движения. Для электронов наиболее выгодно направление  в плоскости (100), а для дырок подвижность может быть увеличена вдвое в направлении  в плоскости (110). Следовательно для наилучшего эффекта необходимо создавать п— и р— МОПТ в областях с разной кристаллографической ориентацией на одной и той же подложке, то есть использовать так называемые гибридно–ориентированные (HOT) подложки (технология КНИ).

Существуют и другие варианты технологии, включающие в себя сжимающие и растягивающие механические напряжения (одноосные и двухосные). Выигрыш в подвижности в подобных технологиях довольно значителен и составляет несколько десятков процентов. Этот выигрыш может достигать максимальных значений ~80 % для электронов (приблизительно от 400 до 700 см2с) и ~70 % для дырок (от 100 до 170 см2с) для биаксиально- растянутого слоя кремния, что достигается при доле германия, равной приблизительно 30 %.

Механические напряжения в области канала можно создавать и другими методами. В частности, для этого можно использовать боковую диэлектрическую изоляцию (STI, см. п. 5.9) – изоляцию мелкими канавками, локальную эпитаксию слоев Si1-xGex для создания областей стока и истока, нанесение напряженных пленок, например, Si3N4.

Проблемы подходов, основанных на напряженном кремнии, состоят в высокой дефектности слоев такого кремния; плохой совместимости с технологиями «кремний-на-изоляторе»; низкой технологичности и низком проценте выхода (особенно для больших концентраций германия), а также высокой стоимости. Модели механических напряжений включены в систему параметров BSIM4.

 

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector