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金属硅化物肖特基势垒在硅和锗上表现出更弱的费米钉扎效应
发表时间:2013-03-28 阅读次数:2594次

        实验和第一性原理理论计算表明金属硅化物/硅的界面比简单的金属/硅表现出更弱的费米钉扎效应,这与标准的肖特基势垒MIGS模型不相兼容。这一结果表明硅化物界面的金属诱导间隙态(MIGS)并不是由于硅的表面悬挂键所致,而是由于硅化物内的金属的悬挂键状态,并且这一能量随着不同金属而变化。计算预测稀土锗化物和n型锗接触会有很小的势垒。

        高迁移率沟道材料,如铟镓砷(InGaAs)和锗(Ge),是金属氧化物半导体场效应管(MOSFETs)等比例缩小得以延续的材料。锗由于它拥有比硅高的多的迁移率而成为备受关注的材料。然而,较大的n型肖特基势垒(SBH)φbn所导致的接触电阻成为n型锗最大的劣势。降低φbn的一种方法就是在金属和锗之间插入一层很薄的介质层来减轻锗上的MIGS费米钉扎效应。第二种方法则是稀土硅化物作为接触。有趣的是,如图1(a)所示,画出金属硅化物和纯金属的SBH和功函数的关系图,看到金属硅化物的斜率要比金属的斜率陡峭的多。这意味着更低功函数的稀土硅化物拥有相当低的φbn。这一斜率的差别或者说“费米钉扎”的程度有着十分重要的意义,而且和现有的SBH模型是矛盾的。这指示着肖特基势垒的深入理解对于高迁移率沟道材料的势垒调控会大有帮助。

图 1(a). 硅上金属硅化物和纯金属的实验所得肖特基势垒与金属或者硅化物的功函数的关系。取硅的功函数为-4.85 eV时CNL为SBH的值,然后取硅/金属界面的CNL为0.40 eV,硅:硅化物界面的CNL 为0.47 eV。(b)实验和计算所得的肖特基势垒高度与功函数之间的关系图。

图 2 (a)表面的硅原子是如何演变成金属覆盖表面的MIGS。(b)对于硅化物表面,所有硅的悬挂键都连接于硅原子上,使得所有硅化物中的金属悬挂键成为表面态。金属的悬挂键键能随金属的功函数而变化,这与CNL(电中性能级)不同。

图 3 计算所得的金属二锗化物的肖特基势垒与不同金属功函数的关系。

结论

        总而言之,金属硅化物/硅的界面相比简单的金属/硅界面表现出更弱的费米钉扎效应。计算预测了稀土/n型锗的势垒会很小。

 

原文摘要

        Experimental data and ab-initio calculations find that metal silicide–silicon interfaces have weaker Fermi level pinning than simple metal-Si interfaces, which is incompatible with standard metal induced gap state (MIGS) model of Schottky barriers. We show that this arises because the MIGS in silicide interfaces are not derived from Si surface dangling bonds, but from metal “dangling bond” states in the silicide, whose energies vary with the metal. Calculations predict that rare-earth germinides will have very small barriers on n-Ge.

  

原文链接http://apl.aip.org/resource/1/applab/v101/i5/p052110_s1

原文引用:Appl. Phys. Lett. 101, 052110 (2012); http://dx.doi.org/10.1063/1.4742861

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