PtGe-S/D 型 p-MOSFET の電気的特性

図 3.9 は 作 製 し た p -MOSFET の ID、IS-VD特 性 を 示 し て い る 。こ こ で 、フ ラ ッ ト バ ン ド 電 圧 （VF B）、VT Hお よ び EOT は 、 そ れ ぞ れ+0.08 V、-0.30 V お よ び 3.4 nm で 、L お よ び W は そ れ ぞ れ 100 お よ び 390 m で あ る 。 チ ャ ネ ル 伝 導 は VG

に よ っ て 良 く 制 御 さ れ て お り 、 こ れ は BLP を 施 し た Pt Ge コ ン タ ク ト が p -MOSFET の メ タ ル S/ D と し て う ま く 機 能 し て い る こ と を 意 味 し て い る 。更 に 、 IDと ISの 差 は 比 較 的 小 さ く 、IS U B が Pt G e ド レ イ ン コ ン タ ク ト の 高 い ΦB Nに よ っ て 十 分 抑 制 で き て い る こ と を 示 唆 し て い る 。

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図 3.9 Pt Ge/ Ge -S/ D 型 p -MOSFET の ID,IS-VD特 性.

図 3.10 は VD= -0.01、-0.1、-1 V に 於 け る IDお よ び IS-VG特 性 を 示 し て い る 。 オ フ 状 態 の IDは IS U Bに よ っ て 支 配 的 、 オ ン 状 態 の IDは ISに よ っ て 支 配 的 と な っ て お り 、ID=IS＋IS U B の 関 係 を 満 た し て い る 。VD= -0.1 V に 於 け る オ ン 状 態 の

IS U Bか ら ΦB Nは 0 .65 V と 見 積 も ら れ 、 オ ン 状 態 IS U Bが PtGe ド レ イ ン コ ン タ ク

ト の 高 い ΦB Nに よ っ て う ま く 抑 制 さ れ て い る 。し か し 、VD= -1 V の オ フ 状 態 IS U B

は 、VGの 増 加 に 伴 い 大 幅 に 増 加 し て い る 。こ れ は 、ド レ イ ン 端 の 高 電 界 に よ る 、 ド レ イ ン か ら チ ャ ネ ル へ の 電 子 の 電 界 放 出 ト ン ネ リ ン グ を 示 唆 し て い る 。 EOT =3.4 nm、VF B=+0 .08 V、VD=-1.0 V お よ び VG=0 V の と き 、 ド レ イ ン 端 の ゲ ー ト 絶 縁 膜 直 下 の 電 子 密 度（NS）は 、NS=（εo x/ EOT）（VG - VF B - VD）/q（εo x : Si O2

の 比 誘 電 率 ） の 関 係 よ り 6×10^{1 2} c m^{- 2} と 算 出 さ れ る 。 強 蓄 積 領 域 の チ ャ ネ ル の 厚 さ を 3 n m と 仮 定 す る と 、2×10^{1 9} c m^{- 3}の 電 子 濃 度 に 対 応 し 、 電 界 放 出 ト ン ネ リ ン グ が 起 こ る 範 囲 と な る 。VG を 負 方 向 へ 増 加 さ せ た 場 合 、 電 界 は 弱 く な り 、 オ ン 状 態 IS U Bは 電 界 放 出 ト ン ネ リ ン グ か ら 熱 電 子 放 出 が 支 配 的 に な る 。 こ れ ら の 電 気 的 な 特 性 は 、 メ タ ル S/ D 型 MOSFET の 典 型 的 な 両 極 性 動 作 で あ る 。

-1.0 -0.5 0.0

1.0x10^-4 2.0x10^-4

3.0x10^-4 step : -0.25 V from -0.3 V to -1.3 V L/W = 100/390 m, EOT = 3.4 nm

I_D I_S

ID, IS (A)

Drain Voltage V_D (V)

V_TH = -0.30 V, V_FB = +0.08 V

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図 3.10 Pt Ge/ Ge -S/ D 型 p -MOSFET の ID,IS,IS U B-VG特 性.

VD= -0.1 お よ び-1 V の IDの オ ン オ フ 比 は 、そ れ ぞ れ 6.2×10²お よ び 7.2×10²で 、 こ れ は 3.2 nmの EOTを 持 つ Hf Ge -S/ D型 MOSFETの そ れ よ り 約 10倍 高 い[ 24]。 VD= -0.01 V に 於 け る ISの SS は 式 （3.9） か ら 85 mV / dec と 得 ら れ 、 こ の 値 か ら Di tは 2.3×10^{1 2} c m^{- 2}eV^{- 1}と 得 ら れ た 。μhは 式 （3.7） の 関 係 よ り 、VD= -0.01 V の デ ー タ を 用 い て 算 出 し た 。図 3.11 は 、L/W=40/ 390、60/ 390 お よ び 100/ 390 m の デ バ イ ス の VGを 関 数 と し た μhを 示 し て い る 。 比 較 と し て 、 同 じ オ ー バ ー ラ ッ プ 構 造 を 持 つ Hf Ge -S/ D 型 p -M OSFET か ら 得 た VG-μh特 性 も 図 3.11 中 に 示 し て い る[ 23]。HfGe -S/ D 型 で は 、L の 減 少 お よ び VGの 負 方 向 へ の 増 加 に 伴 い 、μh

の 低 下 が 生 じ て い る こ と が 分 か る 。 こ れ ら の 特 性 は HfGe -S/ D の 高 い RPの 影 響 で あ る 。

Pt Ge -お よ び Hf Ge -S/ D の RPを 定 量 的 に 調 べ る た め に 、RT-L プ ロ ッ ト を 作 成 し た[ 24]。Pt Ge -お よ び Hf Ge -S/ D 型 デ バ イ ス の RTと L と の 関 係 を 図 3.12（a） お よ び （b） に そ れ ぞ れ 示 す 。RT は VG-VT H= -0.8, -1.0, -1.2 V に 於 け る VD/ISか ら 算 出 し た 。 こ こ で 、VDは-0.01 V と し た 。 理 想 的 に 作 製 さ れ た デ バ イ ス で は 、 各

-1.5 -1.0 -0.5 0.0

10^-9 10^-8 10^-7 10^-6 10^-5 10^-4 10^-3

L/W = 100/390 m, EOT = 3.4 nm

V_D = -0.01 V V_D = -0.1 V V_D = -1 V

I_S I_SUB

I_D

ID, IS, ISUB (A)

Gate Voltage V_G (V) I_D I_S

I_SUB

V_D = -0.01 V V_D = -0.1 V V_D = -1 V

V_D = -0.01 V V_D = -0.1 V V_D = -1 V

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図 3.11 Pt Ge/ Ge -S/ D型 お よ び HfGe/ Ge -S/ D 型 p -M OSFET の μh-VG特 性.

0 20 40 60 80100

~300  (b)

V_G - V_TH = -0.8 V V_G - V_TH = -1.0 V V_G - V_TH = -1.2 V

Channel length L

[

]

HfGe-S/D

0 20 40 60 80100 0

1 2 3

~50  (a)

Total resistance R T [k]

V_G - V_TH = -0.8 V V_G - V_TH = -1.0 V V_G - V_TH = -1.2 V

PtGe-S/D

図 3.12 （a）Pt Ge -お よ び （b）HfGe -S/ D 型 p -MOSFET の 総 抵 抗-チ ャ ネ ル 長 （RT-L） プ ロ ッ ト.

VGの フ ィ ッ テ ィ ン グ 直 線 は 1 点 で 交 わ り 、交 点 の x 座 標 が S/ D の 横 方 向 へ の 拡 が り （ΔL）、y 座 標 が RPを 表 す 。 今 回 の 様 な L が 大 き な メ タ ル S/ D 型 MOSFET で は 、ΔL は ゼ ロ と な る こ と が 予 想 さ れ る 。 図 3.12（a） お よ び （b） よ り 、S/ D 材 料 に か か わ ら ず 、ΔL は ほ ぼ ゼ ロ で あ っ た 。 ま た 、Pt Ge -お よ び HfGe -S/ D 型 p -MOSFET の RPは 、 そ れ ぞ れ~50 お よ び~300 Ω で あ っ た 。S/ D と し て PtGe の 使 用 に よ り 、RPが 1/ 6 に 低 減 で き た 。 従 っ て 、BLP を 行 っ た Pt Ge/ Ge コ ン タ ク ト は 、Ge p -MOSFET の メ タ ル S/ D と し て 非 常 に 有 用 で あ る と 言 え る 。

-1.0 -0.5 0.0

0 50 100 150 200

250 ^{PtGe (L=100 m) HfGe (L=100 m)} PtGe (L=60 m) HfGe (L=60 m)

PtGe (L=40 m) HfGe (L=40 m)

V_D = -0.01 V Field-Effect Mobility h(cm2 V-1 s-1 )

Gate Voltage V_G (V)

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