### 溅射Ti的沉积后退火对Ti / TiOx / n-Ge中费米能级钉扎的作用
#### 研究背景及意义
随着半导体技术的发展，器件尺寸逐渐减小到纳米尺度，这导致了传统硅基材料在物理极限上的限制日益显现。在这种情况下，具有更高载流子迁移率的材料成为了研究热点，其中锗（Ge）因其高空穴迁移率和与现代硅基集成电路技术的高度兼容性而成为替代硅作为未来互补金属氧化物半导体（CMOS）器件通道材料的有力候选者。然而，锗基n沟道MOSFET的源漏接触电阻（RC）已成为限制其高性能的关键因素之一，尤其是在n型器件中尤为显著。
#### 费米能级钉扎（FLP）问题
接触电阻的增加主要是由金属/锗接触界面处强烈的费米能级钉扎效应引起的，这会导致电子Schottky势垒高度（SBH）增加至大约0.55 eV，且这一值几乎不随金属种类的变化而变化。这种较高的势垒高度极大地限制了器件性能的提升。因此，减少费米能级钉扎效应对于降低接触电阻、提高锗基n沟道MOSFET的性能至关重要。
#### 研究内容及方法
该研究主要关注溅射Ti薄膜沉积后的退火处理（PDA）对Ti / TiOx / n-Ge结构中的费米能级钉扎作用的影响。通过比较不同形成方式得到的TiOx界面层（Interfacial Layer, IL）在Ti / TiOx / n-Ge金属绝缘体半导体（MIS）结构中对费米能级钉扎效应的影响。
- **溅射Ti薄膜及其后退火处理**：采用溅射法制备Ti薄膜，并在150°C下进行退火处理。
- **原子层沉积（ALD）法形成TiO2**：另一种方法是使用原子层沉积技术制备3 nm厚的TiO2层。
- **电子束蒸发（EBE）制备Ti**：此外，还使用电子束蒸发法制备Ti薄膜作为对比。
#### 主要结果与发现
1. **溅射Ti薄膜退火处理的效果**：
- 当使用溅射法制备的Ti薄膜并在150°C下进行退火处理后形成的TiOx界面层时，获得了较低的Schottky势垒高度（SBH），约为0.08 eV。
- 与之相比，通过原子层沉积（ALD）法形成的3 nm厚TiO2层的Schottky势垒高度为0.24 eV。
2. **TiOx层的形成及其影响**：
- 通过溅射Ti薄膜自身形成的TiOx层同样可以将Schottky势垒高度降低至0.3 eV。
- 电子束蒸发（EBE）制备的Ti薄膜则无法有效解除费米能级钉扎效应。
3. **透射电镜（TEM）和X射线光电子能谱（XPS）分析**：
- 透射电镜（TEM）结果显示，在溅射Ti薄膜及其退火过程中形成了Ti-O-Ge界面层。
- X射线光电子能谱（XPS）分析表明，溅射Ti自身形成的TiOx层的氧含量远低于通过退火过程形成的TiOx层，这可能是导致较少费米能级钉扎效应的原因之一。
#### 结论与展望
本研究表明，通过溅射Ti薄膜并结合150°C的退火处理，可以在Ti / TiOx / n-Ge MIS结构中实现较低的Schottky势垒高度，从而有效减轻费米能级钉扎效应，为解决锗基n沟道器件中接触势垒问题提供了一种有前景的技术途径。这项研究不仅为锗基MOSFET的设计提供了重要的理论基础，也为其他类似材料体系的研究开辟了新的方向。
