双轴应变Ge/Si1-xGex价带结构模型及空穴有效质量研究

摘要

由于电子和空穴迁移率远高于应变Si，且其与Si工艺有良好的兼容性，Ge及应变Ge将成为16nm及更小特征尺寸的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)沟道材料的理想选择。能带结构是应变Ge材料及其器件设计的基础，但目前国内外在这方面的研究比较缺乏。本文基于K.P.微扰法研究应变Ge的价带能带结构、有效质量及态密度。
　　本文采用应变哈密顿，建立了应变Ge/Si1-xGex的形变势模型。从量子力学理论的定态薛定谔方程出发，采用K.P.微扰法，建立了应变Ge的三维价带E(k)-k关系模型。基于所建立的价带E（k)-k关系模型，使用抛物线拟合数值，计算了应变Ge价带带边和子带的空穴有效质量。计算结果表明，应变Ge价带空穴各向异性有效质量随着应变的增大而显著减小，其中重空穴有效质量比弛豫Ge小了近2/3。根据有效质量与载流子迁移率的理论关系，可以推论应变Ge材料的空穴迁移率有很大的提高。本文还用球形等能面近似计算了应变Ge的各向同性有效质量，为今后载流子浓度、迁移率等特性的计算作了理论准备。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究意义

1．2 研究现状

1．2．1 应变Si能带结构研究现状

1．2．2 应变SiGe能带结构研究状况

1．2．3 能带结构计算方法的发展动态

1．3 本文的主要工作

第二章 锗的基本特性与能带计算方法

2．1 锗的晶格结构

2．2 锗的能带结构

2．3 赝势法

2．3．1 赝波方程

2．3．2 赝势形式因子

2．3．3 经验和白洽赝势法

2．4 紧束缚法

2．4．1 分子轨道和重叠参数

2．4．2 用紧束缚方法计算Ge的能带结构

2．5 K．P．微扰法

2．6 小结

第三章 应变Ge的哈密顿模型

3．1 应变张量ε

3．1．1 应变张量的通解

3．1．2 不同晶向的应变张量

3．2 应变Ge的哈密顿模型

3．3 小结

第四章 应变Ge价带色散关系模型

4．1 应变锗价带理论模型

4．2 应变锗价带E(k)-k结构模拟

4．2．1 应力对应变Ge价带结构的影响

4．2．2 不同衬底对应变Ge价带结构的影响

4．2．3 不同晶向对应变Ge价带结构的影响

4．2．4 等能线图与等能面图的分析

4．3 小结

第五章 应变Ge空穴有效质量的各向异性与各向同性

5．1 空穴有效质量各向异性

5．1．1 理论模型

5．1．2 结果与分析

5．2 空穴有效质量各向同性

5．2．1 理论模型

5．2．2 结果与分析

5．3 小结

第六章 总结

致谢

参考文献

攻读硕士研究生期间的研究成果