一个圆柱形双栅场效应晶体管的物理模型

圆柱形双栅场效应晶体管(CSDG MOSFET)是在围栅MOSFET器件增加内部控制栅而形成,与双栅、三栅及围栅MOSFET器件相比,圆柱形双栅MOSFET提供了更好的栅控性能和输出特性.本文通过求解圆柱坐标系下的二维泊松方程,得到了圆柱形双栅MOSFET的电势模型;进一步对反型电荷沿沟道积分,建立其漏源电流模型.分析讨论了圆柱形双栅MOSFET器件的电学特性,结果表明:圆柱形双栅MOSFET外栅沿沟道的最小表面势和器件的阈值电压随栅介质层介电常数的增大而减小,其漏源电流和跨导随栅介质层介电常数的增大而增大;随着器件参数的等比例缩小,沟道反型电荷密度减小,其漏源电流和跨导也减小.     

非对称Halo异质栅应变Si SOI MOSFET的二维解析模型

为了进一步提高深亚微米SOI (Silicon-On-Insulator) MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 的电流驱动能力, 抑制短沟道效应和漏致势垒降低效应, 提出了非对称Halo异质栅应变Si SOI MOSFET. 在沟道源端一侧引入高掺杂Halo结构, 栅极由不同功函数的两种材料组成. 考虑新器件结构特点和应变的影响, 修正了平带电压和内建电势. 为新结构器件建立了全耗尽条件下的表面势和阈值电压二维解析模型. 模型详细分析了应变对表面势、表面场强、阈值电压的影响, 考虑了金属栅长度及功函数差变化的影响. 研究结果表明,提出的新器件结构能进一步提高电流驱动能力, 抑制短沟道效应和抑制漏致势垒降低效应, 为新器件物理参数设计提供了重要参考. 关键词： 非对称Halo 异质栅 应变Si 短沟道效应     

高k介质异质栅全耗尽SOI MOSFET二维解析模型

为了研究高介电常数(高k)栅介质材料异质栅中绝缘衬底上的硅和金属-氧化物-硅场效应晶体管的短沟道效应,为新结构器件建立了全耗尽条件下表面势和阈值电压的二维解析模型.模型中考虑了各种主要因素的影响,包括不同介电常数材料的影响,栅金属长度及其功函数变化的影响,不同漏电压对短沟道效应的影响.结果表明,沟道表面势中引入了阶梯分布,因此源端电场较强;同时漏电压引起的电势变化可以被屏蔽,抑制短沟道效应.栅介电常数增大,也可以较好的抑制短沟道效应.解析模型与数值模拟软件ISE所得结果高度吻合. 关键词： 异质栅 绝缘衬底上的硅 阈值电压 解析模型     

高κ介质异质栅全耗尽SOI MOSFET二维解析模型

为了研究高介电常数(高κ)栅介质材料异质栅中绝缘衬底上的硅和金属-氧化物-硅场效应晶体管的短沟道效应,为新结构器件建立了全耗尽条件下表面势和阈值电压的二维解析模型.模型中考虑了各种主要因素的影响,包括不同介电常数材料的J影响,栅金属长度及其功函数变化的影响,不同漏电压对短沟道效应的影响.结果表明,沟道表面势中引入了阶梯分布,因此源端电场较强;同时漏电压引起的电势变化可以被屏蔽,抑制短沟道效应.栅介电常数增大,也可以较好的抑制短沟道效应.解析模型与数值模拟软件ISE所得结果高度吻合.     

异质栅全耗尽应变硅金属氧化物半导体模型化研究

为了进一步提高小尺寸金属氧化物半导体(MOSFET)的性能,在应变硅器件的基础上, 提出了一种新型的异质栅MOSFET器件结构.通过求解二维Poisson方程,结合应变硅技术的物理原理,建立了表面势、表面电场以及阈值电压的物理模型,研究了栅金属长度、功函数以及双轴应变对其的影响. 通过仿真软件ISE TCAD进行模拟仿真,模型计算与数值模拟的结果基本符合. 研究表明：与传统器件相比,本文提出的异质栅应变硅新器件结构的载流子输运效率进一步提高, 可以很好地抑制小尺寸器件的短沟道效应、漏极感应势垒降低效应和热载流子效应, 使器件性能得到了很大的提升. 关键词： 应变硅 异质栅 阈值电压 解析模型     

对称三材料双栅应变硅金属氧化物半导体场效应晶体管二维解析模型

提出了对称三材料双栅应变硅金属氧化物半导体场效应晶体管器件结构,为该器件结构建立了全耗尽条件下的表面势模型、表面场强和阈值电压解析模型,并分析了应变对表面势、表面场强和阈值电压的影响,讨论了三栅长度比率对阈值电压和漏致势垒降低效应的影响,对该结构器件与单材料双栅结构器件的性能进行了对比研究.结果表明,该结构能进一步提高载流子的输运速率,更好地抑制漏致势垒降低效应.适当优化三材料栅的栅长比率,可以增强器件对短沟道效应和漏致势垒降低效应的抑制能力.     

高k栅介质应变Si SOI MOSFET的阈值电压解析模型

在结合应变Si,高k栅和SOI结构三者的优点的基础上,提出了一种新型的高k栅介质应变Si全耗尽SOI MOSFET结构.通过求解二维泊松方程建立了该新结构的二维阈值电压模型,在该模型中考虑了影响阈值电压的主要参数.分析了阈值电压与弛豫层中的Ge组分、应变Si层厚度的关系.研究结果表明阈值电压随弛豫层中Ge组分的提高和应变Si层的厚度增加而降低.此外,还分析了阈值电压与高k栅介质的介电常数和应变Si层的掺杂浓度的关系.研究结果表明阈值电压随高k介质的介 关键词： 应变Si k栅')" href="#">高k栅 短沟道效应 漏致势垒降低     

单Halo全耗尽应变Si 绝缘硅金属氧化物半导体场效应管的阈值电压解析模型

为了改善金属氧化物半导体场效应管(MOSFET) 的短沟道效应(SCE)、 漏致势垒降低(DIBL) 效应, 提高电流的驱动能力, 提出了单Halo 全耗尽应变硅绝缘体 (SOI) MOSFET 结构, 该结构结合了应变Si, 峰值掺杂Halo结构, SOI 三者的优点. 通过求解二维泊松方程, 建立了全耗尽器件表面势和阈值电压的解析模型. 模型中分析了弛豫层中的Ge组分对表面势、表面场强和阈值电压的影响, 不同漏电压对表面势的影响, Halo 掺杂对阈值电压和DIBL的影响.结果表明, 该新结构能够抑制SCE和DIBL效应, 提高载流子的输运效率. 关键词： 应变Si 阈值电压 短沟道效应 漏致势垒降低     

应变Si沟道nMOSFET阈值电压模型

在研究分析弛豫SiGe衬底上的应变Si 沟道nMOSFET纵向电势分布的基础上,建立了应变Si nMOSFET阈值电压模型,并利用该模型对不同的器件结构参数进行仿真,获得了阈值电压与SiGe层掺杂浓度和Ge组分的关系、阈值电压偏移量与SiGe层中Ge组分的关系、阈值电压与应变Si层掺杂浓度和厚度的关系. 分析结果表明：阈值电压随SiGe层中Ge组分的提高而降低,随着SiGe层的掺杂浓度的提高而增大;阈值电压随应变Si层的掺杂浓度的提高而增大,随应变Si层厚度增大而增大. 该模型为应变Si 器件阈值电压设计 关键词： 应变硅 阈值电压 电势分布 反型层     

异质多晶SiGe栅应变Si NMOSFET物理模型研究

结合了“栅极工程”和“应变工程”二者的优点, 异质多晶SiGe栅应变Si MOSFET, 通过沿沟道方向使用不同功函数的多晶SiGe材料, 在应变的基础上进一步提高了MOSFET的性能. 本文结合其结构模型, 以应变Si NMOSFET为例, 建立了强反型时的准二维表面势模型, 并进一步获得了其阈值电压模型以及沟道电流的物理模型. 应用MATLAB对该器件模型进行了分析, 讨论了异质多晶SiGe栅功函数及栅长度、衬底SiGe中Ge组分等参数对器件阈值电压、沟道电流的影响, 获得了最优化的异质栅结构. 模型所得结果与仿真结果及相关文献给出的结论一致, 证明了该模型的正确性. 该研究为异质多晶SiGe栅应变Si MOSFET的设计制造提供了有价值的参考. 关键词： 异质多晶SiGe栅 应变Si NMOSFET 表面势 沟道电流     

Two-dimensional models of threshold voltage and subthreshold current for symmetrical double-material double-gate strained Si MOSFETs

The two-dimensional models for symmetrical double-material double-gate(DM-DG) strained Si(s-Si) metal–oxide semiconductor field effect transistors(MOSFETs) are presented. The surface potential and the surface electric field expressions have been obtained by solving Poisson's equation. The models of threshold voltage and subthreshold current are obtained based on the surface potential expression. The surface potential and the surface electric field are compared with those of single-material double-gate(SM-DG) MOSFETs. The effects of different device parameters on the threshold voltage and the subthreshold current are demonstrated. The analytical models give deep insight into the device parameters design. The analytical results obtained from the proposed models show good matching with the simulation results using DESSIS.     

漏致势垒降低效应对短沟道应变硅金属氧化物半导体场效应管阈值电压的影响

结合应变硅金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)结构,通过求解二维泊松方程,得到了应变Si沟道的电势分布,并据此建立了短沟道应变硅NMOSFET的阈值电压模型.依据计算结果,详细分析了弛豫Si_1－βGe_β中锗组分β、沟道长度、漏电压、衬底掺杂浓度以及沟道掺杂浓度对阈值电压的影响,从而得到漏致势垒降低效应对小尺寸应变硅器件阈值电压的影响,对应变硅器件以及电路的设计具有重要的参考价值. 关键词： 应变硅金属氧化物半导体场效应管 漏致势垒降低 二维泊松方程 阈值电压模型     

Novel vertical stack HCMOSFET with strained SiGe/Si quantum channel

A novel vertical stack heterostructure CMOSFET is investigated, which is structured by strained SiGe/Si with a hole quantum well channel in the compressively strained Si量子信道 异质结构 CMOSFET 量子论 量子阱strained SiGe/Si, quantum well channel, heterostructure CMOSFET, poly-SiGe gateProject supported by the Preresearch from National Ministries and Commissions (Grant Nos 51408061104DZ01, 51439010904DZ0101).2/2/2006 12:00:00 AM2006-01-022006-03-16A novel vertical stack heterostructure CMOSFET is investigated, which is structured by strained SiGe/Si with a hole quantum well channel in the compressively strained Sil-xGex layer for p-MOSFET and an electron quantum well channel in the tensile strained Si layer for n-MOSFET. The device possesses several advantages including： 1） the integration of electron quantum well channel with hole quantum well channel into the same vertical layer structure; 2） the gate work function modifiability due to the introduction of poly-SiGe as a gate material; 3） better transistor matching; and 4） flexibility of layout design of CMOSFET by adopting exactly the same material lays for both n-channel and p-channel. The MEDICI simulation result shows that p-MOSFET and n-MOSFET have approximately the same matching threshold voltages. Nice performances are displayed in transfer characteristic, transconductance and cut-off frequency. In addition, its operation as an inverter confirms the CMOSFET structured device to be normal and effective in function.     

小尺寸应变Si金属氧化物半导体场效应晶体管栅隧穿电流预测模型

小尺寸金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件由于具有超薄的氧化层、关态栅隧穿漏电流的存在严重地影响了器件的性能,应变硅MOSFET器件也存在同样的问题.为了说明漏电流对新型应变硅器件性能的影响,文中利用积分方法从准二维表面势分析开始,提出了小尺寸应变硅MOSFET栅隧穿电流的理论预测模型,并在此基础上使用二维器件仿真软件ISE进行了仔细的比对研究,定量分析了在不同栅压、栅氧化层厚度下MOSFET器件的性能.仿真结果很好地与理论分析相符合,为超大规模集成电路的设计提供了有价值的参考. 关键词： 应变硅 准二维表面势 栅隧穿电流 预测模型     

The study on two-dimensional analytical model for gate stack fully depleted strained Si on silicon-germanium-on-insulator MOSFETs

Based on the exact resultant solution of two-dimensional Poisson's equation in strained Si and Si_{1 - X}Ge_X layer, a simple and accurate two-dimensional analytical model including surface channel potential, surface channel electric field, threshold voltage and subthreshold swing for fully depleted gate stack strained Si on silicon-germanium-on-insulator (SGOI) MOSFETs has been developed. The results show that this novel structure can suppress the short channel effects (SCE), the drain-induced barrier-lowering (DIBL) and improve the subthreshold performance in nanoelectronics application. The model is verified by numerical simulation. The model provides the basic designing guidance of gate stack strained Si on SGOI MOSFETs.     

Study on two-dimensional analytical models for symmetrical gate stack dual gate strained silicon MOSFETs

Based on the exact resultant solution of two-dimensional Poisson’s equation, the novel two-dimensional models, which include surface potential, threshold voltage, subthreshold current and subthreshold swing, have been developed for gate stack symmetrical double-gate strained-Si MOSFETs. The models are verified by numerical simulation. Besides offering the physical insight into device physics, the model provides the basic designing guidance of further immunity of short channel effect of complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS)-based device in a nanoscale regime.