体硅及绝缘体上应变硅、应变锗硅制备技术研究.docx

体硅及绝缘体上应变硅、应变锗硅制备技术研究
引言
硅是一种具有广泛应用价值的半导体材料，特别是其在集成电路中的应用更是无可替代。但是，对于特殊应用场景，如高温、高压、强磁场等，普通硅材料存在明显的局限性。此时，应变硅和应变锗硅就成为了一种研究热点，可以大幅度增强硅材料的性能，从而获得更广泛的应用。
本文主要从应变硅和应变锗硅制备技术方面入手，系统地介绍了它们的制备方法、性能特征以及应用前景。
一、应变硅的制备及性能特点
1.制备方法
目前应变硅的制备方法主要有以下几种：
(1)气相外延法
气相外延法是目前应用最为广泛的制备方法。它的基本原理是以硅气或硅气和其他气体混合物为原料，在高温条件下通过化学反应方式在硅衬底上外延生长晶体。为了实现应变效应，通常需要在衬底表面物理或化学处理，以便在外延生长晶体时产生应变。近年来，气相外延技术已经发展到非常成熟的阶段，生长出的应变硅单晶质量优良，已经产生了重要的应用。
(2)分子束外延法
分子束外延法是另一种重要的制备方法。与气相外延不同的是，它采用高速电子束或离子束轰击衬底表面，使表面获得足够的能量，使得硅原子因能量过剩而产生运动，从而获得外延生长的条件。这种方法可以在较小的面积内获得高质量的应变硅晶体。
(3)溅射法
溅射法是通过向靶材注入高能粒子（通常为离子）来释放原子并沉积在衬底表面的方法。这种方法的突出特点是可以在较低的温度下进行，且在制备过程中可以不使用有害的气体。
2.性能特点
应变硅的最大优势在于其领先于传统硅材料的性能，特别是在工作温度较高时。应变硅晶体的性质受到外界张力、压缩等应力的影响，在某些较高应力状态下，电阻率会变得更小，电子迁移率也会有所提升，从而实现了半导体器件的高速运行。同时，由于在衬底上引入了应力，使得晶格发生畸变，因此应变硅晶体还表现出更雪崩、更小的噪声系数等性能特点。
二、应变锗硅的制备及性能特点
1.制备方法
应变锗硅的制备方法和应变硅类似，也主要有气相外延法和分子束外延法两种。以MOCVD方法为例，可以通过调整材料反应气体的流量，在生长过程中向气相注入应变压力，从而将外延晶体引入应变状态。同时，通过选择硅、锗材料的比例，可以控制应变锗硅的应变类型、应变强度等性质。
另外，目前还有一些新型制备方法，如分子束蒸发沉积、反向工程法等，这些方法在应变锗硅的制备过程中也很有潜力。
2.性能特点
应变锗硅作为一种新兴的半导体材料，同样具有广泛的应用前景。它的主要特点如下：
(1)高载流子迁移率
应变锗硅晶体中的应变效应可以大幅度提高材料载流子的迁移率，从而为基于应变锗硅的高速、低噪声半导体器件提供了坚实的基础。
(2)可调谐带隙
与传统硅材料相比，应变锗硅带隙较小，可以在不失去半导体特性的情况下，为器件提供更低的驱动电压。此外，在控制应力分布的基础上，可以进一步调节应变锗硅的带隙大小，为器件性能的优化提供了新的思路。
(3)高温稳定性
应变锗硅晶体具有很高的热稳定性，不易因高温烘烤等工艺过程而引起材料表面氧化或结构畸变。
结论
应变硅和应变锗硅因其对传统硅材料性能的大幅度提升，在半导体器件、光电器件、传感器等领域中变得越来越重要。随着制备技术的不断发展，相信应变硅和应变锗硅材料将会有更多的应用与发展。