高性能绝缘层上锗（GeOI）晶体管及其在医学检测中的应用研究

发布时间：2023-01-26 05:41

　　近几十年以来,随着微电子技术的发展,包括微电子材料、设备等进步,金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET）按照摩尔定律不断推进。随着晶体管特征尺寸的不断减小,晶体管出现了许多新的亟待解决的科学问题,比如短沟道效应、功耗增加等。由此,衍生出了许多新型技术来提高晶体管的电学特性,如应变硅技术、金属栅极/高k栅极氧化物技术、绝缘层上硅（Silicon-on-Insulator,SOI）技术、鳍式栅极（FinFET）技术、高迁移率沟道材料技术、新机理晶体管技术等。半导体Ge材料拥有远比Si更高的迁移率,是非常有应用前景的晶体管沟道材料。超薄绝缘层上半导体材料结构能够很好地抑制短沟道效应,是一种较理想的结构。结合以上两点优势,超薄绝缘层上Ge（GeOI）MOSFET是一种很好的能提升晶体管性能的选择。另外,微电子行业的发展也为其他领域带来了极大的便利,其中包括医学检测。离子敏感场效应晶体管（Ion Sensitive Field Effect Transistor,ISFET）和聚合酶链式反应（... 

【文章页数】：144 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 背景
    1.2 绝缘层上锗(GeOI)场效应晶体管
        1.2.1 绝缘层上硅/锗(SOI/GeOI)场效应晶体管
        1.2.2 超薄绝缘层上硅/锗(SOI/GeOI)场效应晶体管
        1.2.3 超薄绝缘层上锗(GeOI)衬底制备方法
        1.2.4 超薄绝缘层上锗(GeOI)衬底及晶体管的难点与不足
    1.3 半导体技术在医学检测领域中的应用
        1.3.1 离子敏感场效应晶体管
        1.3.2 离子敏感场效应晶体管研究现状和不足
        1.3.3 聚合酶链式反应(PCR)检测芯片
        1.3.4 聚合酶链式反应(PCR)检测方法
    1.4 本论文主要内容
第二章 高质量超薄绝缘层上锗(GeOI)衬底的制备与表征
    2.1 引言
    2.2 高质量超薄绝缘层上锗(GeOI)衬底制备方法
        2.2.1 衬底前处理
        2.2.2 埋氧化层生长
        2.2.3 晶片键合
        2.2.4 机械研磨
        2.2.5 化学机械抛光
        2.2.6 刻蚀氧化减薄
    2.3 超薄绝缘层上锗(GeOI)衬底晶体质量表征
        2.3.1 抛光GeOI衬底超薄结构
        2.3.2 抛光GeOI衬底的表面粗糙度
        2.3.3 抛光GeOI衬底的晶体质量表征
        2.3.4 抛光GeOI衬底载流子的霍尔迁移率
    2.4 本章小结
第三章 高性能超薄绝缘层上锗(GeOI)晶体管的实现
    3.1 引言
    3.2 背栅绝缘层上锗(GeOI)晶体管的实现
        3.2.1 背栅n型GeOI MOSFET的基本电学特性
        3.2.2 背栅晶体管的载流子有效迁移率
        3.2.3 背栅晶体管电学特性的锗厚度依存性
        3.2.4 积累型绝缘层上锗(GeOI)背栅nMOSFET电学特性
    3.3 超薄绝缘层上锗(GeOI)结构中Ge/BOX界面的优化
    3.4 超薄绝缘层上锗(GeOI)前栅晶体管的实现
        3.4.1 GeOI前栅晶体管工艺
        3.4.2 GeOI前栅晶体管基本特性
        3.4.3 GeOI前栅晶体管对厚度的依存性
        3.4.4 不同超薄GeOI衬底实现的晶体管特性比较
    3.5 绝缘层上锗(GeOI)前栅晶体管的低温特性
    3.6 本章小结
第四章 高性能超薄绝缘层上锗(GeOI)晶体管的背栅调控研究
    4.1 引言
    4.2 超薄绝缘层上锗(GeOI)前栅晶体管中背栅压调控作用的实验研究
        4.2.1 超薄GeOI背栅晶体管电学特性
        4.2.2 背栅压对超薄GeOI pMOSFET沟道电流的调控作用
        4.2.3 背栅压对超薄GeOI pMOSFET沟道电容特性的调控作用
        4.2.4 背栅压对超薄GeOI pMOSFET中载流子有效迁移率的调控作用
        4.2.5 背栅压对超薄GeOI pMOSFET其他电学特性的调控作用
    4.3 超薄绝缘层上锗(GeOI)前栅晶体管中背栅压调控作用的模拟研究
        4.3.1 Sentaurus模拟基本设置
        4.3.2 背栅压对超薄GeOI晶体管调控作用的模拟
        4.3.3 背栅压对SOI/GeOI晶体管性能的调控作用比较
    4.4 锗薄膜厚度对超薄绝缘层上锗(GeOI)晶体管背栅压调控的影响
    4.5 总结
第五章 超薄绝缘层上锗(GeOI)离子敏感晶体管
    5.1 引言
    5.2 绝缘层上锗(GeOI)离子敏感场效应晶体管研究
        5.2.1 GeOI离子敏感场效应晶体管工艺实现
        5.2.2 GeOI离子敏感场效应晶体管对pH值的响应
        5.2.3 GeOI离子敏感场效应晶体管背栅调制作用
    5.3 本章小结
第六章 基于集成电路制造工艺的数字聚合酶链式反应(PCR)检测芯片
    6.1 引言
    6.2 微反应室数字聚合酶链式反应(PCR)芯片
        6.2.1 数字聚合酶链式反应(PCR)芯片的设计与制备
        6.2.2 微反应室数字聚合酶链式反应(PCR)芯片扩增反应
    6.3 总结
第七章 总结与展望
    7.1 总结
    7.2 展望
参考文献
博士研究生期间研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]Effect of ultrathin GeOx interfacial layer formed by thermal oxidation on Al2O3 capped Ge[J]. 韩乐,王盛凯,张雄,薛百清,吴汪然,赵毅,刘洪刚.  Chinese Physics B. 2014(04)
[2]Equivalent oxide thickness scaling of Al2O3/Ge metal-oxide-semiconductor capacitors with ozone post oxidation[J]. 孙家宝,杨周伟,耿阳,卢红亮,吴汪然,叶向东,张卫,施毅,赵毅.  Chinese Physics B. 2013(06)



本文编号：3732234