As the scaling of silicon-based CMOS devices approaches the physical limit due to the Short Channel Effect (SCE), novel device structures and channel materials should be introduced to continue device performance improvement. Germanium (Ge) is regarded as one of the most promising materials in electronic devices since it has high carrier mobility. However, there is one of the main challenges, the high contact resistance of the metal/Ge junction, which is a result of a high Schottky barrier height (ΦB) due to Fermi-level pinning (FLP) near the valence band edge of Ge. Although insertion of an ultrathin interlayer between metal and the Ge substrate is widely used to alleviate the FLP effect, the capacity to enhance the current is still limited due to the increase in tunnel resistance. In this paper, we discuss the mechanism of Schottky barrier modulation of the metal nitride/Ge junction by varying nitrogen concentration in the metal nitride film. The Schottky barrier height of the metal nitride/n-Ge junction gradually decreased, with an increase in N2 flow rate up to 12 SCCM during sputter deposition. The results can be explained by the passivation of dangling bonds on Ge interface and the formation of net dipole layers inside of the nitride metal films. These two effects alleviate Fermi-level pinning and shift pinning energy level toward conduction band edge.
실리콘 기반 CMOS 소자의 크기 축소가 단채널 효과 때문에 물리적인 한계치에 다다랐기 때문에, 지속적인 소자 성능 향상을 위하여 새로운 구조의 소자나 채널 물질들이 제안되어야 한다. 게르마늄은 높은 캐리어 이동도를 가지기 때문에 전자 소자에서 가장 유망한 물질중에 하나로 간주되고 있다. 그러나 여러 가지 문제들 중에, 게르마늄의 가전자대 근처로 페르미 준위가 강하게 고정이 되기 때문에 생기는 높은 쇼트키 장벽이 금속/게르마늄 접합에서 높은 접촉 저항을 유발하는 문제가 존재한다. 비록 금속과 게르마늄 기판 사이에 매우 얇은 물질을 삽입하는 방식이 페르미 준위 고정 현상을 완화시키기 위하여 널리 사용될지라도, 터널 저항의 증가 때문에 전류 향상되는 양이 여전히 제한적이다. 본 논문에서 우리는 질화물 금속 박막에서 질소 함량의 변화에 따른 질화물 금속/게르마늄 접합의 쇼트키 장벽 조절 방식에 대하여 논의하려 한다. 질화물 금속/n타입 게르마늄 접합의 쇼트키 장벽 높이는 스퍼터로 증착하는 단계에서 질소 가스 유입량이 12 SCCM이 될 때까지 증가함에 따라 점차적으로 감소한다. 이 결과는 게르마늄 계면의 댕글링 결합의 패시배이션과 질화물 금속 박막에 존재하는 쌍극자 층 형성으로 설명이 가능하다. 이 두 가지 효과들은 페르미 준위 고정 현상 완화를 시키고 페르미 레벨이 고정되는 위치를 전도대 쪽으로 이동 시킨다.
