《應變矽/矽鍺微細特徵單元結構失穩及應變弛豫研究》是依託西安交通大學，由馬飛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：應變矽/矽鍺微細特徵單元結構失穩及應變弛豫研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：馬飛
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
當微電子電晶體發展到45納米節點技術，完全依靠傳統的材料特徵尺寸等比例縮小來提高器件性能的方式已不能滿足需求。如何在降低晶片動態功耗的同時極大地提升載流子遷移率成為微電子器件延續摩爾定律發展的關鍵問題。應變矽基薄膜材料應運而生，並成為物理學界、材料學界和工程界備受關注的研究熱點之一。然而，應變矽基薄膜本身就處於熱力學非穩定狀態，具有向穩定狀態轉變的趨勢。尤其是對於特徵尺寸僅為數十納米的微細功能單元，表/界面效應愈發凸顯，其附加能量和應力容易引起結構失穩及伴隨的應變弛豫。本項目擬以應變矽/應變矽鍺合金為例，結合理論模擬和實驗表征探討微細圖案化可能導致的結構失穩行為及特殊的應變弛豫途徑，闡明內在的物理機制，明確由此可能造成器件功能特性異化的制約因素，探索可有效調控應變弛豫的方法，為高密度、高速、高可靠性微電子器件的設計製造奠定材料學理論和技術基礎。
結題摘要
長期以來，微電子電晶體的集成密度、信息容量和運算速度等性能指標一直按照摩爾定律指數增長，其性能提升的根本途徑是等比例縮小電晶體的特徵尺寸，目前已進入22 nm技術節點。基於這種電晶體微縮技術進一步延續摩爾定律面臨縱多技術挑戰。倘若在不改變電晶體特徵尺寸的條件下能顯著提升載流子遷移率，將有望為微電子器件的發展提供新途徑。應變矽基薄膜材料應運而生，其基本原理是通過應變的引入降低晶體對稱性，促使簡併能級分裂，降低電子散射作用，提升載流子遷移率。不難想像，應變的引入會導致材料偏離平衡態，微細圖案化結構單元必然面臨應變弛豫的問題。本項目以應變矽/矽鍺薄膜為例，結合理論模擬和實驗表征，著重探討微細圖案化可能導致的結構失穩及應變弛豫行為，闡明內在物理機制，明確由此可能造成器件功能特性異化的制約因素。經過三年的努力已完成研究計畫，實現預期目標。取得的重要研究成果有以下幾個方面：（1）考慮到通常條件下非晶晶化過程伴隨著材料體積的收縮，提出了非晶晶化與智慧型切割相結合引入應力/應變的新方法；（2）發現因界面結晶和晶界結晶的相互競比，金屬誘導SiGe二元非晶薄膜晶化呈雙相結構；（3）提出結合常規Raman光譜和有限元模擬進行圖案化結構各向異性應變分布表征的新思路，明確了根據矽基應變薄膜厚度篩選恰當雷射波長以避免基體特徵峰干擾的必要性；（4）結合電子束曝光和離子束刻蝕技術製備了系列圖案化應變矽樣品，Raman光譜表徵發現圖案化樣品應變弛豫顯著，且有賴於特徵尺寸和形狀，基於此可實現應變分布狀態的有效調整；（5）鑒於當前碳基材料存在與矽基材料類似的應變調控問題，我們適當將材料體系從單晶矽向石墨烯拓展，以揭示納電子器件所面臨的共性問題，發現SiC熱解製備的石墨烯邊界以扶手椅型為主，應力/應變的引入一定程度上能調整石墨烯的電子能帶結構和晶格振動聲子譜，即可改變石墨烯的電子學和熱學特性。項目執行期間在Acta Materialia, Applied Physics Letters, Nanotechnology等國際國內期刊發表學術論文17篇，其中SCI收錄15篇，影響因子大於3.0的論文5篇。項目負責人遴選為2010年度教育部新世紀優秀人才支持計畫，曾兩次應邀參加相關學術會議並做特邀報告。
