同时改善具有氧化合金状氮化铪界面层的Ge n/p-FinFET及反相器的电学特性

Simultaneously Improved Electrical Characteristics of Ge n/p-FinFETs and Inverter With Oxidized Alloy-Like Hafnium Nitride Interfacial Layer

查看原文 · IEEE Xplore DOI: 10.1109/EDL.2025.10810381

作者	Dun-Bao Ruan · Kuei-Shu Chang-Liao · Cheng-Han Li · Zefu Zhao · Kai-Jhih Gan
期刊	IEEE Electron Device Letters
出版日期	2024年12月
技术分类	拓扑与电路
相关度评分	★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词	锗场效应晶体管界面层工程氧化工艺电学特性可靠性

语言:

中文摘要

为了同时改善锗（Ge） n 沟道和 p 沟道场效应晶体管（FET）的电学特性，本文提出了一种在锗鳍式场效应晶体管（nFinFET）、p 型鳍式场效应晶体管（pFinFET）和互补金属氧化物半导体（CMOS）反相器上采用氧化程度约为 10%的类合金界面层（IL）的界面层工程。得益于通过合适的氧化工艺在类合金和富氧界面层之间实现的权衡平衡，锗 nFinFET 和 pFinFET 均表现出更低的等效氧化层厚度（EOT）值、更低的泄漏电流、更少的边界陷阱、更低的界面态密度（DIT）值、更低的亚阈值摆幅（S.S.）值、更大的开态电流与关态电流比（ION/IOFF）、更高的驱动电流、更优的可靠性特性、更对称的输出电压 - 输入电压（VOUT - VIN）曲线以及更高的峰值电压增益。

English Abstract

In order to improve the electrical characteristics of Ge n- and p-channel FET simultaneously, an interfacial layer (IL) engineering is proposed on Ge nFinFET, pFinFET, and CMOS inverter by using an alloy-like IL with about 10% oxidation. Thanks to trade-off balance between alloy-like and oxygen-rich IL with a suitable oxidation process, both Ge nFinFET and pFinFET exhibit lower EOT value, lower leakage current, fewer border trap, lower DIT value, lower S.S. value, larger ION/IOFF, higher drive current, better reliability characteristics, more symmetrical VOUT-VIN and higher peak voltage gain.

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看，这项基于锗（Ge）FinFET的界面层工程技术对我们的核心产品具有重要的潜在价值。该技术通过氧化类合金铪氮化物界面层同时改善n型和p型器件特性，实现了更低的等效氧化层厚度（EOT）、更低的漏电流和更高的开关电流比，这些特性直接对应着我们光伏逆变器和储能变流器中功率半导体器件的关键性能指标。

对于阳光电源的逆变器产品线，该技术带来的低漏电流和高驱动电流特性可显著提升功率转换效率，这在大功率集中式逆变器和储能PCS系统中尤为关键。更对称的CMOS反相器特性和更高的峰值电压增益意味着控制电路的精度和响应速度将得到提升，有助于实现更精确的MPPT算法和更快的电网响应能力。此外，改善的可靠性特征对于我们产品在严苛环境下的25年生命周期保障具有重要意义。

然而，该技术目前仍处于学术研究阶段，距离工业化应用存在明显差距。锗基器件的成本远高于传统硅基器件，且FinFET工艺的制造复杂度较高，短期内难以在光伏储能行业实现经济性替代。更现实的路径是关注其在高端控制芯片和高频功率器件中的应用潜力，特别是在我们正在开发的碳化硅和氮化镓功率模块的驱动电路中，该技术的高速低功耗特性可能找到合适的应用场景。建议持续跟踪该技术的工业化进展，评估在未来5-10年内与我们第三代半导体战略的结合点。