大原子在锗中快速扩散的原子机制
计算物理
2018-11-27 v1 材料科学
摘要
应变硅作为晶体管沟道材料的性能已趋于饱和。为提高器件沟道内的电荷载流子迁移率以改善晶体管性能，锗（Ge）因其已知半导体材料中最高的p型迁移率且与当今常规CMOS制造工艺兼容，被视为硅替代的有吸引力的选项。然而，锗本征的高载流子迁移率显著退化，因为锗的天然氧化物不稳定，易分解为若干 GexOy 亚氧化物，并在表面产生高密度悬键。此外，这些界面陷阱态还会劣化Ge基器件的关态漏电流与亚阈值关断特性，显著影响其稳定性。再者，获得与n型Ge的低阻欧姆接触是发展Ge CMOS的另一关键挑战。为解决这些挑战，人们就 Al2O3、SiN3、TiO2、ZnO、Ge3N4、MgO、HfO2、SrTiO3 和 Y2O3 等新材料的引入进行了大量努力。由于外来杂质可能对器件有害，控制外来原子向Ge中的扩散因此是发展Ge晶体管的关键问题。本工作中，我们通过第一性原理计算结合微动弹性带方法研究Ge中所有常见元素的扩散性质。我们发现某些大原子（如Cu、Au、Pd等）具有极小的扩散势垒。我们揭示了由尺寸效应引起的局部畸变与成键效应共同控制不同原子在Ge中扩散行为的潜在机制。这一全面研究及对Ge中扩散相对深入的理解，为在半导体器件中更高效利用Ge提供了实用指南。
引用
@article{arxiv.1811.10046,
title = {Atomic mechanisms of fast diffusion of large atoms in Germanium},
author = {Yuhan Ye and Manting Gui and Jun-Wei Luo},
journal= {arXiv preprint arXiv:1811.10046},
year = {2018}
}
备注
10 pages, 4 figures and 1 table in the body paragraphs, with 1 figure and 2 tables in 3 pages of supplementary material. First two authors contributed equally to this work