Experimentellt erhållen Schottky-barriärhöjd (SBH) vid elementmetall/n-Ge och germanid/n-Ge-gränssnitt. Genom att designa metall- och gränssnittsstrukturen för Ge, SBH vid det direkta metall/n-Ge-gränssnittet kan styras till att vara mindre än hälften av bandgapet för Ge. Kredit:Japan Society of Applied Physics (JSAP)
Forskare vid University of Tokyo visar att man använder germanider av metaller vid metall-germanium-gränsytan med lämpliga ytkristallplan, förbättrar avsevärt kontaktmotståndet och enhetens prestanda germanium-halvledarenheter. Fynden redovisas i Applied Physics Express.
Denna forskning finns med i novembernumret 2016 av online JSAP Bulletin .
Det halvledande elementet germanium väcker stort intresse för nästa generations elektronik på grund av dess höga elektron- och hålrörlighet. Men även om högrörliga germaniumtransistorenheter som metallisolatorfälteffekttransistorer (MISFETs) har visats, parasitresistans och undertryckande av off-state läckage vid käll- och dräneringsgrindarna hämmar fortfarande dessa enheters prestanda. Nu har forskare vid Tokyos universitet visat att man använder germanider av metaller vid gränssnittet metall-germanium, och att ha rätt kristallplan vid ytan kan avsevärt förbättra kontaktmotståndet och enhetens prestanda.
En skillnad i energinivåerna för bandstrukturen i en metall och en halvledare kan orsaka en barriär som hindrar transporten av elektroner - "Schottky-barriärhöjden" (SBH). En av de viktigaste bidragsgivarna till kontaktmotståndet i germaniumenheter är "Fermi level pinning", där bandböjning vid gränssnittet ökar SBH.
En hypotes för ursprunget till Fermi-nivånålning är att en dipol induceras där elektronvågfunktionens svans möter metallytan. Denna effekt bör reduceras när elektrondensiteten vid denna yta minskas. Den fria elektrontätheten för metallgermanider är vanligtvis 1-2 storleksordningar mindre än metaller, och när Tomonori Nishimura, Takeaki Yajima, och Akira Toriumi mätte strömspänningsegenskaperna vid metall-germanider-gränssnitt, de fann att effekterna på Fermi-nivån lindrades avsevärt.
Forskarna noterade också att SBH endast minskade när det (111) kristallina planet användes. När kontakten gjordes längs (110)-planet förblev barriären för elektrontransport vid germanium-germanid-gränssnitt hög. I sin rapport om resultaten drar de slutsatsen, "dessa fynd indikerar att SBH vid det direkta metall-Ge-gränssnittet är praktiskt taget kontrollerbart, och kontaktresistansen i Ge n-MISFETs kan reduceras avsevärt."
