单轴应变硅能带结构及载流子迁移率研究

应变硅技术在纳米CMOS中的应用刘国柱;姚飞;王树杰;林丽【摘要】应变硅技术具有迁移率高、能带结构可调的优点，且与传统的体硅工艺相兼容，在CMOS工艺中得到广泛地应用，尤其是MOS件的尺寸进入纳米节点。

文章综述了应变硅技术对载流子迁移率影响的机理，并从全局应变和局部应变两个方面介绍了应变硅在CMOS器件中的应用。

同时，将多种应变硅技术整合在一起提升MOS器件的性能是未来发展的趋势。

%Strained silicon technology, which provided with merits of high mobility, modifiable band-gap, compatible with conventional sub-silicon technics, was widely used in CMOS technics, and especially in the nano-meter node CMOS devices. In this text, the principle of carrier mobility ,which influenced by strain,was Simply summarized, and the application of Global strain and Local strain in the nano CMOS technics was introduced. Meanwhile,multi-strain technics would become the trend of improvement of the nano CMOS devices＇performance in the future.【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2012(012)001【总页数】6页(P31-36)【关键词】应变硅;CMOS;全局应变;局部应变【作者】刘国柱;姚飞;王树杰;林丽【作者单位】中国电子科技集团公司第58研究所,江苏无锡214035;中国电子科技集团公司第58研究所,江苏无锡214035;南通航运职业技术学院船舶与海洋工程系,江苏南通226026;中国电子科技集团公司第58研究所,江苏无锡214035【正文语种】中文【中图分类】TP702随着微纳技术的发展，CMOS工艺已经进入了（超）深亚微米阶段，晶体管的特征尺寸已达纳米级。

光电功能材料的能级调控与载流子迁移率提升技术光电功能材料是一类具有光学与电学特性的材料，广泛应用于光电器件、能源转换、光储存等领域。

在这些应用中，能级调控与载流子迁移率是影响材料性能的重要因素。

本文将探讨光电功能材料的能级调控与载流子迁移率提升技术。

一、能级调控技术能级调控是通过调整材料的电子结构，改变其能级位置和能带宽度，从而影响光电性能的方法。

常见的能级调控技术包括杂化化学修饰、掺杂、合金化等。

1. 杂化化学修饰杂化化学修饰是将光电功能材料与其他物质相结合，形成新的能级分布，以调整材料的能级位置和能带结构。

这种方法可以通过调节杂化材料的组成、结构和相互作用来实现。

例如，将有机分子修饰到半导体表面，形成有机-无机杂化界面，可以调控半导体的能级位置，提高载流子的分离效率。

2. 掺杂技术掺杂是指向材料中引入其他元素或杂质，改变材料的能带结构和电子结构。

掺杂可以在半导体材料中引入自由载流子或电荷捕获中心，从而增加材料的导电性或提高光吸收能力。

常见的掺杂元素包括硼、磷、硅等。

通过合理选择掺杂元素和浓度，可以有效地调控材料的能级结构和光电性能。

3. 合金化技术合金化是将两种或多种不同的材料混合在一起，形成新的复合材料。

这种方法可以调节材料的能级位置和能带结构，提高载流子的迁移率和光电转化效率。

例如，将微米级二氧化钛与纳米级金属氧化物合成合金材料，可以在半导体能带结构中形成强烈的电子耦合和能级调制效应，提高载流子的迁移率和高效率的光照转化。

二、载流子迁移率提升技术载流子迁移率是指载流子在材料中传输的速率。

提升载流子迁移率可以提高材料的导电性能，增加光电转换效率。

下面介绍几种常用的载流子迁移率提升技术。

1. 掺杂技术通过对光电功能材料进行适当的掺杂，可以改变材料的导电性。

掺杂可以引入自由载流子或改变材料的能级结构，从而提高载流子的迁移率。

例如，在半导体材料中引入少量的杂质，形成杂质能级，可以提高其导电性能。

半导体材料光电特性实验分析随着科学技术的发展，半导体材料在电子行业中发挥着重要的作用。

半导体材料的光电特性（具有光电效应的材料特性）是其性能和应用的关键因素之一。

本文将通过对半导体材料光电特性实验分析，探讨半导体材料在光电器件中的应用和研究进展。

首先，光电效应是半导体材料的关键特性之一。

在半导体光电器件中，光电效应是将光能转化为电能的基础。

常见的光电效应有光电导、内光电效应等。

在光电导实验中，我们可以通过将光线照射在半导体材料上，观察电流的变化来研究半导体材料的光电导特性。

内光电效应则利用光照射在半导体材料内部，产生光生载流子，从而改变材料的电导率。

其次，通过实验分析半导体材料的光电特性，我们能够了解其在光电器件中的应用。

例如，半导体光电传感器是一种应用了半导体材料光电特性的设备，能够将光信号转化为电信号。

这种传感器常用于光电测量、光通信等领域。

另外，太阳能电池也是一种光电器件，通过利用半导体材料的光电特性，将太阳光转化为电能，实现可再生能源的利用。

实验分析半导体材料的光电特性，有助于深入了解这些光电器件的工作原理和性能优化。

在实验分析半导体材料的光电特性时，我们可以采用一系列的实验方法和工具。

例如，在光电导实验中，我们可以使用光源和光探测器，通过控制光源的强度和波长，以及测量光探测器的输出电流来得到半导体材料的光电导特性。

通过改变光源的强度，我们可以研究光电流与光照强度之间的关系；通过改变光源的波长，我们可以研究光电流与光照波长之间的关系。

类似地，在研究半导体材料的内光电效应时，我们可以通过改变光照射强度和波长，以及测量电导率的变化来分析实验结果。

值得注意的是，半导体材料的光电特性受多种因素的影响。

首先是半导体材料本身的特性，如能带结构、载流子迁移率等。

不同的半导体材料具有不同的能带结构和载流子迁移率，因此其光电特性也会有所不同。

此外，材料的掺杂浓度和杂质含量也会影响光电特性。

实验分析时，我们可以对不同类型和掺杂浓度的半导体材料进行比较，研究其光电特性的差异和变化规律。

题（中、英文）作者姓指导教师姓名、学科门代号 分类号学号 密级10701 1040421990 TN4公 开西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

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同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。

（保密的论文在解密后遵守此规定）本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。

本人签名：日期导师签名：日期摘要摘要随着CMOS器件的特征尺寸进入纳米级，传统的CMOS越来越难以按照原来速度等比例缩小，因此探索新型器件材料、研究新型器件结构已经成为提高集成电路性能的必然选择。

应变Si/应变SiGe具有载流子迁移率高、带隙可调等优点，而且与目前已经很成熟的Si工艺相兼容，因此是延续摩尔定律最有潜力的新技术。

本文通过理论分析和仿真重点研究双轴应变Si/应变SiGe CMOS关键理论与技术，主要包括双轴应变Si、应变SiGe材料基本物理属性以及双轴应变MOS器件物理模型及其电学特性。

建立双轴应变MOS的阈值电压、I-V特性等关键电学参数模型并研究了双轴应变MOS器件的几何结构和物理参数与阈值电压的理论关系。

单轴应变硅能带结构及载流子迁移率探究引言：近年来，随着半导体技术的飞速进步，人们对新型材料的探究越来越深度。

其中，单轴应变硅是一种具有潜在应用价值的材料。

通过对其能带结构和载流子迁移率的探究，可以更好地理解其电子输运特性和潜在应用领域。

本文旨在探究单轴应变硅的能带结构及载流子迁移率的探究进展，为其应用提供理论依据。

一、单轴应变硅的能带结构探究单轴应变硅是通过在硅晶体上施加单向应变来实现的。

应变会改变硅晶体的晶格常数，从而对其能带结构产生影响。

探究发现，单轴应变硅的电子能带结构可以分为传统硅能带结构和新型能带结构两种。

传统硅能带结构：传统硅晶体的能带结构由导带和价带组成，两者之间被禁带所分隔。

而在单轴应变硅中，由于晶格常数的改变，电子能带结构发生畸变。

一般状况下，在应变方向上，价带和导带能带会产生分裂，形成额外的能带。

这样一来，原本禁带的能量范围被进一步分离，产生所谓的“能隙特异性”。

新型能带结构：在应变方向上，除了传统的分裂能带外，单轴应变硅还可能出现新的能带结构。

这些新型能带一般位于传统能带的高频区，具有更高的能量。

探究发现，这些新的能带结构与应变硅的物理性质和电学特性密切相关，可能是实现其特殊性能的关键。

二、单轴应变硅的载流子迁移率探究载流子迁移率是材料中载流子运动性能的重要指标，对半导体器件的性能起到决定性作用。

探究发现，单轴应变硅的载流子迁移率受到应变和新型能带结构的影响。

应变对载流子迁移率的影响：单轴应变硅晶体在应变方向上会由于晶格剪切而产生应变应力。

应变应力对电子输运提供了额外的能量，增进了载流子的迁移。

通过试验测量，发此刻应变硅中，载流子的迁移率较传统硅提高了数倍，这为单轴应变硅在高频电子器件领域的应用提供了潜在的机会。

新型能带结构对载流子迁移率的影响：新型能带结构对载流子迁移率的影响机制较为复杂。

一方面，新型能带的存在可能会引入额外的散射路径，降低载流子迁移率。

另一方面，新型能带提供了更多的载流子散射状态，增加了载流子的有效迁移。