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    钛插入层调制锗基镍锗化物特性研究

    雍凯  
    【摘要】:随着集成电路的大量使用以及其集成度的持续增多,单元尺寸的晶体管变得越来越小,硅材料的物理极限即将达到。短沟道效应严重限制住了晶体管性能的进一步发展,广为人知的黄金法则摩尔定律一次次面临挑战。目前,科学家们已经从元素周期表上找到了和硅材料类似的半导体材料锗和锗锡材料,研究发现它们具有很高的载流子迁移率。然而,采用新型半导体材料代替传统硅材料还存在诸多难题,各种半导体材料的制备工艺方面仍然存在差异。此外,对于提高新型半导体器件的接触性能,也是今后半导体领域研究的一个重点方向。本论文基于半导体衬底材料,尝试在金属镍与不同晶向的锗中间利用超薄金属钛作为插入层对Ni/Ge反应进行调节。此方法创造性的选取超薄插入层原子,对于处理金属半导体接触方面起到了很好的调节和控制效果。同时,也研究了金属铂和金属铝插入层调节控制生成镍化物,用于金属半导体接触材料。通过对比三种不同金属插入层元素对制备各种镍锗化物的影响,实验探究了整个热退火过程中各种原子的扩散渗透作用机制。本实验采取了金属电子束蒸发系统,先在经去氧化层处理过的锗衬底上生长了超薄钛金属插入层,然后沉积10 nm镍薄膜层。各种电学仪器依次对制备的镍锗化物样品薄膜进行了拉曼测试、扫描电子显微镜、原子力显微镜、透射电子显微镜、能谱分析等多种分析表征。本实验也对金属铂插入层调节衬底锗和金属镍薄膜层相互扩散渗透反应进行了探明研究,并比较了两种金属插入层调节控制机制方法的优劣。通过研究探明了元素镍和元素锗之间的扩散渗透反应路径,发现当生长1 nm金属钛插入层后,热退火温度选为400℃时,可以制备得到热稳定性能较好的镍锗化物薄膜。镍锗化物薄膜质量较高,完全可以充当金属氧化层半导体场效应晶体管中的源漏接触材料。实验样品薄膜与半导体锗衬底之间具有均匀平坦清晰的界面形态,结构稳定才能强化其使用性能。厚度为1 nm的钛插入层可以成功调制形成外延镍锗化物薄膜层,整个实验过程中形成的结构均匀,热稳定性能以及电学性能稳定的镍锗薄膜层,对相类似镍硅锗外延薄膜和镍锗锡外延薄膜的形成机制的研究做很好的参考价值。热退火温度升高时,实验样品薄膜热稳定性能开始变差,样品薄膜质量降低。


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