锗（Ge）相比于硅（Si）具有更高的电子和空穴迁移率，是实现低电源电压、高性能CMOS器件的有效途径之一。通过臭氧氧化可以形成高质量的氧化锗（GeOx）界面钝化层，并具有较低的Ge/GeOx界面态密度Dit (1011-1012 cm-2eV-1)。良好的载流子迁移率特性是高性能器件追求的一项重要指标。研究发现，当GeOx厚度降低时，器件的迁移率出现明显的退化。当GeOx厚度高于0.7 nm时，Dit基本维持在1011 cm-2eV-1，迁移率随GeOx厚度降低也仍呈现逐渐降低的趋势，证明栅结构中存在其它种类电荷对迁移率的散射作用。

中国科学院微电子研究所王文武研究员课题组针对臭氧氧化的Ge/GeOx/Al2O3栅结构Ge pMOSFET，严格区分且量化表征出了栅结构中的体电荷、固定界面电荷和界面偶极子，发现偶极子电荷的密度远大于体电荷和界面固定电荷。继而又通过能带对准理论探究了界面偶极子的调控物理机制，为理解偶极子的起源起到了十分重要的辅助作用。通过不同电荷的细化区分及调控，明确了Ge pMOSFET由于界面层厚度造成的空穴迁移率退化散射起源，其实是栅结构中偶极子的远程库伦散射。

通过栅结构电荷的量化表征及调制研究了Ge pMOSFET空穴迁移率退化的物理机制，为提升器件电学特性提供了一种可能的方法，对促进Ge MOSFET器件的研究起到了积极的作用。

图1. Al/Al2O3/GeOx/Ge栅结构中不同电荷的（a）位置分布和（b）量化表征。

图2. （a）不同退火下Ge pMOSFET空穴迁移率特性，（b）迁移率退化的主要散射电荷起源。

Investigation on the passivation, band alignment, gate charge, and mobility degradation of GeMOSFET with GeOx/Al2O3 gate stack by ozoneoxidation

Lixing Zhou, Jinjuan Xiang, Xiaolei Wang, Wenwu Wang

J. Semicond. 2022, 43(1): 013101

doi: 10.1088/1674-4926/43/1/013101

Full Text: http://www.jos.ac.cn/article/doi/10.1088/1674-4926/43/1/013101