瑞士的IBM Research宣布称硅基射频III-V金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的高频截止值最高,并且他们的设备优于最先进的硅RF-CMOS。
研究人员使用由磷化铟阻挡层定义的铟镓砷(InGaAs)量子阱(QW)通道,减少了边界陷阱对测量频率范围内跨导的影响。
使用直接晶圆键合将QW沟道材料集成在硅基掩埋氧化物(BOX)上,其中氧化硅上的硅层不是有意掺杂的。替代金属栅极制造工艺始于沉积非晶硅伪栅极。氮化硅用于源极/漏极间隔,使用原子层沉积(ALD)和反应离子蚀刻的组合实现间隔物形成。用于接触延伸的空腔由受控氧化和蚀刻的“数字”循环形成。数字蚀刻还从源极/漏极接触区域移除了顶部InP阻挡层。通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)用n-InGaAs填充接触延伸腔。然后移除伪栅极并用氧化铝和二氧化铪高k栅极绝缘体以及氮化钛和钨栅极金属层代替。
20nm栅长MOSFET的输出电导比没有顶部InP屏障的参考器件高50%。顶部屏障的存在消除了半导体/栅极氧化物界面处的缺陷散射。当栅极长度为120nm时,QW MOSFET的峰值跨导比参考器件的峰值跨导大300%。在20nm的短栅极长度下,改善降低至60%。QW通道的有效移动性为1500cm2 / V-s,而没有顶部InP屏障的通道的有效移动性为500cm2 / V-s。研究人员评论说:“这种差异是因为使用QW减少了氧化物界面陷阱和表面粗糙度散射。”
20nm栅极长度MOSFET的截止频率(ft)为370GHz,最大振荡(fmax)为310GHz。该装置具有两个4μm宽的门指从中心杆分支。这些值代表了硅片上III-V MOSFET报告的最高组合ft和fmax。