用其它绝缘衬底制作的硅MOS场效应器件作用特性分析

迄今为止，已经对硅-蓝宝石MOS场效应晶体管进行了大量的研究工作，但是，必须强调，这种工艺的许多优点并不是硅-蓝宝石结构所独有的，利用其它绝缘物作为衬底同样可以得到这些优点。诚然，硅-蓝宝石结构已经取得了极好的结果，制出的器件已向市场供应，而且仍在不断改进和提高。可是，另一方面，利用其它绝缘衬底制成的硅膜MOS场效应晶体管也取得了一些很有希望的结果。

在单晶蓝宝石（a-Al2O3）衬底上外延生长形成的硅薄膜，其半导体性质似乎受到了固有的限制，这是由于斜方结构的蓝宝石晶格和立方结构的硅晶格之间晶相失配以及蓝宝石本身的化学活性所造成的⁶⁶。硅-蓝宝石界面的晶格失配使得界面附近的淀积硅晶相结构发生畸变，虽然离蓝宝石越远，硅的晶相结构接近于理想。由于整个淀积硅薄膜晶相变化的结果。在硅-蓝宝石界面将观测到加速扩散，加速氧化，加速硅腐蚀速率等现象⁶¹。因此使硅-蓝宝石器件的制作程序复杂化。另外，由蓝宝石衬底引起的铝外掺杂效应将严重影响硅膜的电阻率和载流子迁移率。

人们发现，铝酸镁尖晶石（MgO:xAl2O3）特别适合于用作外延生长单晶硅薄膜的衬底⁶⁷。尖晶石具有立方晶格结构与硅非常相似，与蓝宝石比较，由于在高温工序中，向外掺杂所引起的膜污染要轻微得多^67,68。尖晶石化学组成范围颇宽（x变化大约可以从0.67到6.7），但是只有低铝富尖晶石（1.5≤x≤2.5）在典型高温加工条件下既具有热稳定性，又足够软，可在制造器件前用比较简单的工艺处理表面⁶⁹。据报导，使用二氧化硅栅绝缘物制造n沟道硅-尖晶石MOS场效应晶体管已获得成功⁶⁹。这种器件的电子场效应迁移率可以高达420厘米²/伏·秒。在尖晶石衬底上，采用Si3N4和Al2O3作为栅极绝缘物制作金属-绝缘物-半导体场效应晶体管也已经取得成功。

除了蓝宝石和尖晶石而外，研究人员还能够在氧化皱和多晶硅衬底上生长出单晶硅薄膜。现在对氧化被特别感兴趣，是因为它的热导率高，使小型，非常复杂，功耗较大的未来的高频集成电路制做在相当小的片子上成为可能。然而单晶氧化铵衬底材料的生长在目前非常困难，可用于实验工作的材料还比较少。

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