整合三五族超高電子遷移率量子電晶體結構於矽基板之研究

Abstract

最近美國Intel公司，積極從事III-V/Si整合的研究，因此三五族材料異質介面成長於矽基板上，再度成為半導體矚目的焦點，因為它整合矽與三五族元件的製程平台，矽電晶體之物理閘極線寬在目前90奈米世代，下階段約為50奈米世代，預計於2011年，電晶體的尺度約為10奈米，為了能夠延伸莫爾定律，整合化合物半導體材料於矽的互補式金氧半場效電晶體元件（CMOS）上是一個解決方式，三五族材料本身具備有很高的電子遷移率特性、寬能隙與直接能隙。然而矽也有許多優點相較於三五族材料，例如大面積的整合、高品質二氧化矽絕緣層與較高的熱導性等。在未來小於35奈米世代元件研究方向，異質磊晶材料整合將是重要趨勢，磊晶結構設計與成長將是未來半導體研究上極為關鍵的一環。 本計劃之主要目的，即在矽基板上，成長高速之三五族磊晶結構，在本研究中將透過矽鍺變質緩衝層，成長三五族材料於矽基板上。本實驗室在此方面研究已經有相當的基礎，利用鍺/矽鍺變質緩衝層結構可以解決矽與砷化鎵的熱膨脹與晶格差異，因此可在此緩衝層上，成長以砷化鎵或磷化銦為主的三五族量子井元件的結構，此類成長於矽基板上之三五族高速元件，將可應用於未來低功率高速邏輯線路上。本計劃將利用超高真空化學氣相沈積法成長矽鍺變質層，而以分子束磊晶法或MOCVD成長三五族高遷移率通道結構。三五族元件結構，將包含InGaAs，InAs為通道的高速元件，新穎的矽基板及緩衝層設計，結合三五族超高速量子井元件結構設計，極適合用於下世代低功率邏輯線路元件技術的應用。

最近美國Intel公司，積極從事III-V/Si整合的研究，因此三五族材料異質介面成長於矽基板上，再度成為半導體矚目的焦點，因為它整合矽與三五族元件的製程平台，矽電晶體之物理閘極線寬在目前90奈米世代，下階段約為50奈米世代，預計於2011年，電晶體的尺度約為10奈米，為了能夠延伸莫爾定律，整合化合物半導體材料於矽的互補式金氧半場效電晶體元件（CMOS）上是一個解決方式，三五族材料本身具備有很高的電子遷移率特性、寬能隙與直接能隙。然而矽也有許多優點相較於三五族材料，例如大面積的整合、高品質二氧化矽絕緣層與較高的熱導性等。在未來小於35奈米世代元件研究方向，異質磊晶材料整合將是重要趨勢，磊晶結構設計與成長將是未來半導體研究上極為關鍵的一環。 本計劃之主要目的，即在矽基板上，成長高速之三五族磊晶結構，在本研究中將透過矽鍺變質緩衝層，成長三五族材料於矽基板上。本實驗室在此方面研究已經有相當的基礎，利用鍺/矽鍺變質緩衝層結構可以解決矽與砷化鎵的熱膨脹與晶格差異，因此可在此緩衝層上，成長以砷化鎵或磷化銦為主的三五族量子井元件的結構，此類成長於矽基板上之三五族高速元件，將可應用於未來低功率高速邏輯線路上。本計劃將利用超高真空化學氣相沈積法成長矽鍺變質層，而以分子束磊晶法或MOCVD成長三五族高遷移率通道結構。三五族元件結構，將包含InGaAs，InAs為通道的高速元件，新穎的矽基板及緩衝層設計，結合三五族超高速量子井元件結構設計，極適合用於下世代低功率邏輯線路元件技術的應用。