Quantenmechanische und ballistische Nanobauelemente auf Siliziumbasis

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Thema dieser vorliegenden Arbeit ist die Technologieentwicklung und Prozessintegration zur
Herstellung eines Prototyps für den VFD SONFET und dessen elektrisch Charakterisierung mit Simulationen zu vergleichen.

In dieser Arbeit wurde der weltweit erste VFD SONFET mit einer Kanallänge im Bereich von 20 nm elektrisch charakterisiert. Die Ergebnisse der Messungen beweisen die Durchführbarkeit zur Herstellung eines VFD SONFET und zeigen MOSFET-typische Kennlinien.

Der Schwerpunkt der technologischen Entwicklung lag dabei auf der Entwicklung einer SiGe-Opfertechnik mit einer hohen Selektivität zwischen Silizium und SiGe. Ziel ist es, die etwa 2 m breite SiGe-Opferschicht zu entfernen ohne weder das nur etwa 30nm dicke Kanalgebiet noch die Sourceschicht zu zerstören. Dabei wurde zunächst das komplexe Zusammenspiel zwischen der Beschaffenheit der SiGe-Opferschicht, der Source- und Kanalschicht sowie der Ätzlösung untersucht.
Um ein einkristallines Wachstum der Sourceschicht zu ermöglichen, muss die SiGe-Opferschicht pseudomorph verspannt sein. Gleichzeitig muss der Germaniumanteil maximiert werden, um eine hohe Selektivität für den Ätzprozess zu gewährleisten. Um dies zu erreichen, wurde eine dreilagige SiGe-Opferschicht mit einer hochdotierten Germaniumschicht in der Mitte entwickelt. Dies maximiert den Germaniumanteil und damit die Selektivität,
und gewährleistet trotzdem eine pseudomorph verspannte Kristallstruktur. Für den VFD SONFET wurde eine Selektivität von 90 für den entwickelten SiGe-Schichtstapel und ein n-Substrat erzielt.
Diese Selektivität ist geringer als bei freiliegenden SiGe-Schichten, da der Massentransport
im freigeätzten Spalt die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflusst. Die Verwendung eines
Ultraschallbeckens erhöht zwar die Selektivität, zerstört aber auch durch die mechanische
Belastung die freitragende Sourceschicht.

Das elektrische Verhalten des VFD SONFETs wurde anhand von einfachen Modellen charakterisiert und simuliert. Die Ergebnisse dieser Simulationen
unterstreichen den Vorteil der SON- gegenüber der SOI-Struktur und liefern wertvolle
Informationen für die optimalen Parameter des VFD SONFETs.