Caractérisation électrique et optique d'hétérostructures Si/SiGe/Si pour applications aux transistors à effet de champ à canal p-SiGe à grille isolée ou non isolée

= Optical and electrical characterisation of Si/SiGe/Si heterostructures for applications on isolated or non isolated gate SiGe p-channel field effect transistors

• Auteur / Autrice : Hugo Gamez-Cuatzin
• Direction : Georges Brémond
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LPM - Laboratoire de Physique de la Matière (1961-2007)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Silicium -- Alliages

Spectroscopie

Hétérojonctions

Transistors à effet de champ

Microélectronique

Résumé

Nous avons étudié les propriétés optiques et électroniques des hétérostructures Si/SiGe dans le but de les appliquer aux dispositifs de la microélectronique silicium. Nous avons analysé le comportement de ces hétérostructures dans le transistor à effet de champ (TEC). L'hétérostructure a été étudiée principalement par photoluminescence et par DLTS. Nous avons mis en évidence l'effet de la température d'épitaxie de l'alliage SiGe : les couches déposées à des températures Tc proches de 610 °c présentent une forte concentration de défauts profonds. La qualité des couches est améliorée par le dépôt à plus haute température (Tc=700 °C). Nous avons déduit la discontinuité de bandes de valence (ΔEv) entre le Si et le Si Ge des caractérisations opto-électroniques de puits quantiques Si/SiGe intégrés dans les capacités métal-oxydesemiconducteur (MOS). Nous avons mis au point une technologie de fabrication de TECs sur une structure à dopage modulé Si/SiGe en configuration de grille non isolée (Schottky). Les composants ont été caractérisés par mesures de courant-tension, spectroscopie de transitoires de courant et mesures de dispersion de conductance. Un courant de fuite important est présent dans ces composants. L'isolement de la grille est une alternative pour s'affranchir de ce problème. Ainsi, sur les transistors à effet de champ à canal p-SiGe à grille isolée (MOS) nous avons mesuré le courant d'émission de porteurs en provenance du puits Si/SiGe. L'ensemble de ces résultats contribue à la compréhension des phénomènes physiques impliqués dans les composants à hétérostructures Si/SiGe.

We have studied the optical and electrical properties of Si/SiGe heterostructures for applications to silicon based microelectronics. The behavior of this ki nd of heterostructures as an active region of field effect transistors (FET's) was analyzed. Main characterization of heterostructures was done by photoluminescence and deep level transient spectroscopy (DLTS). The effects of the SiGe layer growth temperature were evidenced: layers deposed at grown temperatures TO close to 610 °c presented a high deep defect concentration. The layers quality is enhanced by the increase of growth temperature (Tc=700 °C). Valence band discontinuity ΔEv between Si and SiGe was deduced from the optical and electrical characterizations of Si/SiGe quantum-well metal-oxide-semiconductor (MOS) capacitors. We have implemented a technology process for elaboration of non insulated (Schottky) gate FET's on modulation doped Si/SiGe structures. The devices were studied by current-voltage measurements, current transient spectroscopy and drain conductance dispersion measurements. On this devices an important gate leakage current was observed. The gate isolation is an alternative to avoid this problem. Therefore, using isolated gate p-channel SiGe field effect transistors (MOSFET's) we successfully measured carrier emission from the Si/SiGe quantum-well. The set of results presented here contributes to the understanding of the physical phenomena involved in Si/SiGe heterostructure based devices.