Lee, Jeongmin;Cho, Il Hwan;Seo, Dongsun;Cho, Seongjae;Park, Byung-Gook
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제16권6호
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pp.854-859
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2016
Recently, GeSn is drawing great deal of interests as one of the candidates for group-IV-driven optical interconnect for integration with the Si complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) owing to its pseudo-direct band structure and high electron and hole mobilities. However, the large lattice mismatch between GeSn and Si as well as the Sn segregation have been considered to be issues in preparing GeSn on Si. In this work, we deposit the GeSn films on Si by DC magnetron sputtering at a low temperature of $250^{\circ}C$ and characterize the thin films. To reduce the stresses by GeSn onto Si, Ge buffer deposited under different processing conditions were inserted between Si and GeSn. As the result, polycrystalline GeSn domains with Sn atomic fraction of 6.51% on Si were successfully obtained and it has been demonstrated that the Ge buffer layer deposited at a higher sputtering power can relax the stress induced by the large lattice mismatch between Si substrate and GeSn thin films.
A SiGe p-channel MESFET using $\delta-doped$ layers is designed and the considerable enhancement of the current driving capability of the device is observed from the result of simulation. The channel consists of double $\delta-doped$ layers separated by a low-doped spacer which consists of Si and SiGe. A quantum well is formed in the valence band of the Si/SiGe heterojunction and much more holes are accumulated in the SiGe spacer than those in the Si spacer. The saturation current is enhanced by the contribution of the holes inthe spacer. Among the design parameters that affect the performance of the device, the thickness of the SiGe layer and the Ge composition are studied. The thickness of $0~300\AA$ and the Ge composition of 0~30% are investigated, and the saturation current is observed to be increased by 45% compared with a double $\delta-doped$ Si p-channel MESFET.
SiGe thin films were deposited by remote plasma enhanced chemical vapor deposition (RPE-CVD) at $400^{\circ}C$ using $SiH_4$ or $SiCl_4$ and $GeCl_4$ as the source of Si and Ge, respectively. The growth rate and the degree of crystallinity of the fabricated films were characterized by scanning electron microscopy and Raman analysis, respectively. The optical and electrical properties of SiGe films fabricated using $SiCl_4$ and $SiH_4$ source were comparatively studied. SiGe films deposited using $SiCl_4$ source showed a lower growth rate and higher crystallinity than those deposited using $SiH_4$ source. Ultraviolet and visible spectroscopy measurement showed that the optical band gap of SiGe is in the range of 0.88~1.22 eV.
Pseudo-MOSFET 방법을 이용하여 Ge농도에 따른 SiGe-on-Insulator(SGOI) 기판의 특성을 평가하였다. SGOI 기판은 compressive-SiGe / Relaxed-Si / Buried oxide / Si-substrate 구조로 SOI 기판 위에 에피택셜 성장법으로 SiGe층을 형성하였으며 compressive SiGe층의 Ge 농도는 각각 16.2%, 29.7%, 34.3%, 56.5% 이다. 실험결과 Ge 농도가 증가함에 따라 누설전류가 증가하는 특성을 보였으며 threshold voltage는 nMOSFET의 경우 3V에서 7V로 이동하였으며 pMOSFET의 경우도 -7 V에서 -6 V로 이동하는 특성을 보였다. 급속 열처리 공정 (rapid thermal anneal) 후에 매몰 산화층과 기판 계면간의 스트레스에 의한 포획준위가 발생하여 소자특성이 열화되었지만, $H_2/N_2$ 분위기에서 후속 열처리 공정 (post RTA anneal) 을 통하여 계면 간의 포획준위를 감소시켜 SGOI Pseudo-MOSFET의 전기적 특성이 개선되었다.
Hydrogenated a-SiGe middle cell for triple junction solar cell was investigated with various process parameters. a-SiGe I-layer was deposited at substrate temperature $245^{\circ}C$ and hydrogen content(R) was up to 26.7. Low optical bandgap(1.45eV) of a-SiGe cell was applied for middle cell although a-SiGe single cell efficiency with low Ge content was higher. And this cell was applied to the middle cell of a glass superstrate type a-Si/a-SiGe/uc-Si triple junction solar cell. The triple junction solar cell was resulted in the initial efficiency of about 9%, area $0.25cm^2$, under global AM 1.5 illumination.
Hole mobility characteristics of single surface channel and dual channel Si/SiGe structure are compared, where the former one consists of a relaxed SiGe buffer layer and a tensile strained Si layer on top, and for dual channel structure a compressively strained SiGe layer is inserted between them. Due to the difference of hole mobility enhancement factors of layers between them, hole mobility characteristics with respect to the Si cap thickness shows the opposite tend. Hole mobility increases with thicker Si cap for single channel structure, whereas it decreases with thicker Si cap for dual channel structure.
We have studied the Ge redistribution after dry oxidation and the oxide growth rate of $Si_{1-x}Ge_x$ epitaxial layer. Oxidation were performed at 700, 800, 900, and $1,000\;^{\circ}C$. After the oxidation, the results of RBS (Rutherford Back Scattering) & AES(Auger Electron Spectroscopy) showed that Ge was completely rejected out of the oxide and pile up at $Si_{1-x}Ge_x$ interface. It is shown that the presence of Ge at the $Si_{1-x}Ge_x$ interface changes the dry oxidation rate. The dry oxidation rate was equal to that of pure Si regardless of Ge mole fraction at 700 and 800$^{\circ}C$, while it was decreased at both 900 and $1,000^{\circ}C$ as the Ge mole fraction was increased. The dry of idation rates were reduced for heavy Ge concentration, and large oxiidation time. In the parabolic growth region of $Si_{1-x}Ge_x$ oxidation, the parabolic rate constant are decreased due to the presence of Ge-rich layer. After the longer oxidation at the $1,000^{\circ}C$, AES showed that Ge peak distribution at the $Si_{1-x}Ge_x$ interface reduced by interdiffusion of silicon and germanium.
본 연구에서는 SiGe p-MOSFET을 제작하여 I-V 특성과 게이트 길이, $V_D$, $V_G$의 변화에 따른 저주파 노이즈특성을 측정하였다. Si 기판위에 성장한 $Si_{0.88}Ge_{0.12}$으로 제작된 SiGe p-MOSFET의 채널은 게이트 산화막과 20nm 정도의 Si Spacer 층으로 분리되어 있다. 게이트 산화막은 열산화에 의해 70$\AA$으로 성장되었고, 게이트 폭은 $25{\mu}m$, 게이트와 소스/드레인 사이의 거리는 2.5때로 제작되었다. 제작된 SiGe p-MOSFET은 빠른 동작 특성, 선형성, 저주파 노이즈 특성이 우수하였다. 제작된 SiGe p-MOSFET의 ESD 에 대한 소자의 신뢰성과 내성을 연구하기 위하여 SiGe P-MOSFET에 ESD를 lkV에서 8kV까지 lkV 간격으로 가한 후, SiGe P-MOSFET의 I-V 특성과 게이트 길이, $V_D$, $V_G$의 변화에 따른 저주파 노이즈특성 변화를 분석 비교하였다.
SiO2 위에 as-dep. 비정질 Si1-xGex 합금박막을 증착하기 위하여 Si2H6 와 GeH4 가스를 사용한 저압 화학 기상증착(LPCVD)에 관하여 연구하였다. 증착온도는 $400-500^{\circ}C$였으며, 공정압력은 0.5-1Torr 였다. 박막내의 Ge 함량은 온도 및 증착가스의 유량이 일정하면 공정압력이 증가함에 따라 증가하였고, 공정압력 및 증착가스의 유량이 일정하면 증착온도에 관계없이 일정하였다. 일정한 Si2H6가스의 표면반응은 박막내의 Ge 원자에 의해 촉진됨을 알 수 있었다. 조성이 일정한 Si1-xGex 박막의 증착속도는 증착온도 증가에 따라 Arrhenius 형태로 증가하여, Si, Si0.84Ge0.16,Si0.69Ge0.31박막증착의 활성화에너지는 각각 1.5, 1.13, 1 eV로서 박막내의 Ge함량이 증가함에 따라 활성화 에너지는 감소하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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