高$lt;i$gt;k$lt;/i$gt;栅介质小尺寸全耗尽绝缘体上锗p型金属氧化物半导体场效应晶体管漏源电流模型

通过求解沟道的二维泊松方程得到沟道表面势和沟道反型层电荷, 建立了高k栅介质小尺寸绝缘体上锗(GeOI) p型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)的漏源电流解析模型. 模型包括了速度饱和效应、迁移率调制效应和沟长调制效应, 同时考虑了栅氧化层和埋氧层与沟道界面处的界面陷阱电荷、氧化层固定电荷对漏源电流的影响. 在饱和区和非饱和区, 漏源电流模拟结果与实验数据符合得较好, 证实了模型的正确性和实用性. 利用建立的漏源电流模型模拟分析了器件主要结构和物理参数对跨导、漏导、截止频率和电压增益的影响, 对GeOI PMOSFET的设计具有一定的指导作用. 关键词： 绝缘体上锗p型金属氧化物半导体场效应晶体管 漏源电流模型 跨导 截止频率     

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.     

量子阱Si/SiGe/Sip型场效应管阈值电压和沟道空穴面密度模型

Si材料中较低的空穴迁移率限制了Si互补金属氧化物半导体器 件在高频领域的应用. 针对SiGe p型金属氧化物半导体场效应管(PMOSFET)结构, 通过求解纵向一维泊松方程,得到了器件的纵向电势分布, 并在此基础上建立了器件的阈值电压模型,讨论了Ge组分、缓冲层厚度、 Si帽层厚度和衬底掺杂对阈值电压的影响.由于SiGe沟道层较薄, 计算中考虑了该层价带势阱中的量子化效应. 当栅电压绝对值过大时, 由于能带弯曲和能级分裂造成SiGe沟道层中的空穴会越过势垒到达Si/SiO₂界面, 从而引起器件性能的退化. 建立了量子阱SiGe PMOSFET沟道层的空穴面密度模型, 提出了最大工作栅电压的概念, 对由栅电压引起的沟道饱和进行了计算和分析. 研究结果表明,器件的阈值电压和最大工作栅压与SiGe层Ge组分关系密切, Ge组分的适当提高可以使器件工作栅电压范围有效增大.     

具有poly-Si_(1-x)Ge_x栅的应变SiGe p型金属氧化物半导体场效应晶体管阈值电压漂移模型研究

针对具有poly-Si1-x Ge x栅的应变Si Ge p型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET),研究了其垂直电势与电场分布,建立了考虑栅耗尽的poly-Si1-x Ge x栅情况下该器件的等效栅氧化层厚度模型,并利用该模型分析了poly-Si1-x Ge x栅及应变Si Ge层中Ge组分对等效氧化层厚度的影响.研究了应变Si Ge PMOSFET热载流子产生的机理及其对器件性能的影响,以及引起应变Si Ge PMOSFET阈值电压漂移的机理,并建立了该器件阈值电压漂移模型,揭示了器件阈值电压漂移随电应力施加时间、栅极电压、polySi1-x Ge x栅及应变Si Ge层中Ge组分的变化关系.并在此基础上进行了实验验证,在电应力施加10000 s时,阈值电压漂移0.032 V,与模拟结果基本一致,为应变Si Ge PMOSFET及相关电路的设计与制造提供了重要的理论与实践基础.     

多晶SiGe栅量子阱pMOSFET阈值电压模型

本文基于多晶SiGe栅量子阱SiGe pMOSFET器件物理,考虑沟道反型时自由载流子对器件纵向电势的影响,通过求解泊松方程,建立了p+多晶SiGe栅量子阱沟道pMOS阈值电压和表面寄生沟道开启电压模型.应用MATLAB对该器件模型进行了数值分析,讨论了多晶Si_1-yGe_y栅Ge组分、Si_1-xGe_x量子阱沟道Ge组分、栅氧化层厚度、Si帽层厚度、沟道区掺杂浓度和 关键词： 多晶SiGe栅 寄生沟道 量子阱沟道 阈值电压     

部分耗尽结构绝缘体上硅器件的低频噪声特性

针对部分耗尽结构绝缘体上硅(silicon-on-insulator, SOI)器件低频噪声特性展开实验与理论研究. 实验结果表明, 器件低频噪声主要来源于SiO₂-Si界面附近缺陷态对载流子的俘获与释放过程; 基于此理论可提取前栅和背栅氧化层界面附近缺陷态密度分别为8×10¹⁷ eV^-1·cm^-3和2.76×10¹⁷ eV^-1·cm^-3. 基于电荷隧穿机理, 在考虑隧穿削弱因子、隧穿距离与时间常数之间关系的基础上, 提取了前、背栅氧化层内缺陷态密度随空间的分布情况. 此外, SOI器件沟道电流归一化噪声功率谱密度随沟道长度的增加而线性减小, 这表明器件低频噪声主要来源于沟道的闪烁噪声. 最后, 基于电荷耦合效应, 分析了背栅电压对前栅阈值电压、沟道电流以及沟道电流噪声功率谱密度的影响.     

深亚微米器件沟道长度对总剂量辐照效应的影响

研究了180 nm 互补金属氧化物半导体技术下的器件沟道长度对总剂量辐照效应的影响. 在其他条件如辐照偏置、器件结构等不变的情况下, 氧化层中的陷阱电荷决定了辐照响应. 浅沟槽隔离氧化层中的陷阱电荷使得寄生的侧壁沟道反型, 从而形成大的关态泄漏电流. 这个电流与沟道长度存在一定的关系, 沟道长度越短, 泄漏电流越大. 首次发现辐照会增强这个电流的沟道长度调制效应, 从而使得器件进一步退化.     

10 nm金属氧化物半导体场效应晶体管中的热噪声特性分析

随着金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件等比例缩小至纳米级的较小尺寸,一方面导致的短沟道效应已严重影响热噪声;另一方面使栅、源、漏区及衬底区的热噪声占有比越来越高,而传统热噪声模型主要考虑较大尺寸器件的沟道热噪声,且其模型未考虑到沟道饱和区.本文针对小尺寸纳米级MOSFET器件,并根据器件结构特征和热噪声的基本特性,建立了10 nm器件的热噪声模型,该模型体现沟道区、衬底区及栅、源、漏区,同时考虑到沟道饱和区的热噪声.在模型的基础上,分析沟道热噪声、总热噪声随偏置参量及器件参数之间的关系,验证了沟道饱和区热噪声的存在,并与已有实验结果一致,所得结论有助于提高纳米级小尺寸MOSFET器件的工作效率、寿命及响应速度等.     

pMOS器件直流应力负偏置温度不稳定性效应随器件基本参数变化的分析

应用负偏置温度不稳定性(negative bias temperature instability,NBTI),退化氢分子的漂移扩散模型,与器件二维数值模拟软件结合在一起进行计算,并利用已有的实验数据和基本器件物理和规律,分析直流应力NBTI效应随器件沟道长度、栅氧层厚度和掺杂浓度等基本参数的变化规律,是研究NBTI可靠性问题发生和发展机理变化的一种有效方法.分析结果显示,NBTI效应不受器件沟道长度变化的影响,而主要受到栅氧化层厚度变化的影响;栅氧化层厚度的减薄和栅氧化层电场增强的影响是一致的,决定了器件退化按指数规律变化;当沟道掺杂浓度提高,NBTI效应将减弱,这是因为器件沟道表面空穴浓度降低引起的;然而当掺杂浓度提高到器件的源漏泄漏电流很小时(小泄露电流器件),NBTI效应有明显的增强.这些结论对认识NBTI效应的发展规律以及对高性能器件的设计具有重要的指导意义.     

纳米体硅鳍形场效应晶体管单粒子瞬态中的源漏导通现象

体硅鳍形场效应晶体管(FinFET)是晶体管尺寸缩小到30 nm以下应用最多的结构,其单粒子瞬态产生机理值得关注.利用脉冲激光单粒子效应模拟平台开展了栅长为30, 40, 60, 100 nm Fin FET器件的单粒子瞬态实验,研究FinFET器件单粒子瞬态电流脉冲波形随栅长变化情况;利用计算机辅助设计(technology computer-aided design, TCAD)软件仿真比较电流脉冲产生过程中器件内部电子浓度和电势变化,研究漏电流脉冲波形产生的物理机理.研究表明,不同栅长Fin FET器件瞬态电流脉冲尾部都存在明显的平台区,且平台区电流值随着栅长变短而增大;入射激光在器件沟道区下方体区产生高浓度电子将源漏导通产生导通电流,而源漏导通升高了体区电势,抑制体区高浓度电子扩散,使得导通状态维持时间长,形成平台区电流;尾部平台区由于持续时间长,收集电荷量大,会严重影响器件工作状态和性能.研究结论为纳米Fin FET器件抗辐射加固提供理论支撑.     

0.18 μm窄沟NMOS晶体管总剂量效应研究

为明确深亚微米NMOS器件抗辐照能力以及研究其加固措施, 本文对0.18 μm窄沟NMOS晶体管进行了⁶⁰Coγ总剂量辐射效应研究. 结果表明: 和宽沟器件不同, 阈值电压、跨导、漏源电导对总剂量辐照敏感, 此现象被称之为辐射感生窄沟道效应; 相比较栅氧化层, 器件隔离氧化层对总剂量辐照更敏感; 窄沟道NMOS器件阈值电压不仅和沟道耗尽区电荷有关, 寄生晶体管耗尽区电荷对其影响也不可忽略, 而辐照引起源漏之间寄生晶体管开启, 形成漏电通道, 正是导致漏电流、亚阈斜率等参数变化的原因. 关键词： 0.18μmm 窄沟NMOS晶体管 60Coγ辐照')" href="#">⁶⁰Coγ辐照 辐射感生窄沟道效应     

量子点浮置栅量子线沟道三栅结构单电子场效应管存储特性的数值模拟

通过建立二维薛定谔方程和泊松方程数值模型,对基于硅量子点浮置栅和硅量子线沟道三栅结构单电子场效应管(FET)存储特性进行了研究.通过在不同尺寸、栅压和不同写入电荷条件下,对硅量子线沟道中电子浓度的二维有限元自洽数值求解,研究了在纳米尺度下硅量子线沟道中量子限制效应和电荷分布对于器件特性的影响.模拟结果发现,沟道的导通阈值电压随着尺寸的缩小而提高,并随浮置栅内存储的电子数目的增加而明显升高.然而,这样的增加趋势在受到纳米尺度沟道中高电荷密度的影响下将出现非线性饱和趋势.进一步研究发现,当沟道尺寸较小时,沟道 关键词： 三栅单电子FET存储器 量子效应 薛定谔方程 泊松方程     

单轴应变Si NMOSFET热载流子栅电流模型

热载流子效应产生的栅电流是影响器件功耗及可靠性的重要因素之一,本文基于热载流子形成的物理过程,建立了单轴应变硅NMOSFET热载流子栅电流模型,并对热载流子栅电流与应力强度、沟道掺杂浓度、栅源电压、漏源电压等的关系,以及TDDB(经时击穿)寿命与栅源电压的关系进行了分析研究.结果表明,与体硅器件相比,单轴应变硅MOS器件不仅具有较小的热载流子栅电流,而且可靠性也获得提高.同时模型仿真结果与单轴应变硅NMOSFET的实验结果符合较好,验证了该模型的可行性.     

应变Si NMOSFET漏电流解析模型

基于应变Si/SiGe器件结构,本文建立了统一的应变Si NMOSFET漏电流解析模型. 该模型采用平滑函数,实现了应变Si NMOSFET漏电流及其导数,从亚阈值区到强反型区以及从线性区到饱和区的平滑性,解决了模型的连续性问题. 同时考虑了载流子速度饱和效应和沟道长度调制效应的影响,进一步提高了模型精度. 通过将模型的仿真结果和实验结果对比分析,验证了所建模型的有效性. 该模型可为应变Si数字集成电路和模拟集成电路分析、设计提供重要参考. 关键词： 应变Si NMOSFET 漏电流 解析模型     

基于1/f噪声的NPN晶体管辐照感生电荷的定量分离

本文针对NPN双极性晶体管, 在研究辐照感生的氧化层电荷及界面态对晶体管基极电流和1/f噪声的影响的基础上, 建立辐照感生氧化层电荷及界面态与基极电流和1/f噪声的定量物理模型. 根据所建立的模型, 提出一种新的分离方法, 利用1/f噪声和表面电流求出氧化层电荷密度, 利用所求得氧化层电荷密度和表面电流求出界面态密度. 利用本方法初步实现了辐照感生氧化层电荷及界面态的定量计算.     

高跨导氢终端多晶金刚石长沟道场效应晶体管特性研究

基于多晶金刚石制作了栅长为4 pm的铝栅氢终端金刚石场效应晶体管.器件的饱和漏源电流为160 mA/mm,导通电阻低达37.85Ω·mm,最大跨导达到32 mS/mm,且跨导高于最大值的90%的栅压(V_(GS))范围达到3 V(-2 V≤V_(GS)≤-5 V).通过传输线电阻分析以及器件的导通电阻和电容-电压特性分析,发现氢终端多晶金刚石栅下沟道中的空穴面浓度达到了1.56×10~(13)cm~(-2),有效迁移率在前述高跨导栅压范围保持在约170 cm~2/(V·s).分析认为,较低的栅源和栅漏串联电阻、沟道中高密度的载流子和在大范围栅压内的高水平迁移率是引起高而宽阔的跨导峰和低导通电阻的原因.     

应变SiGe SOI量子阱沟道PMOSFET阈值电压模型研究

在绝缘层附着硅(SOI)结构的Si膜上生长SiGe合金制作具有SiGe量子阱沟道的SOI p型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)，该器件不仅具有SOI结构的优点，而且因量子阱中载流子迁移率高，所以进一步提高了器件的性能.在分析常规的Si SOI MOSFET基础上，建立了应变SiGe SOI 量子阱沟道PMOSFET的阈值电压模型和电流-电压(I-V)特性模型，利用Matlab对该结构器件的I-V特性、跨导及漏导特性进行了模拟分析，且与常规结构的器件作了对比.模拟结果表明，应变SiGe SOI量子阱沟道PMOSFET的性能均比常规结构的器件有大幅度提高. 关键词： 应变SiGe SOI MOSFET 阈值电压 模型     

具有poly-Si$lt;sub$gt;1-$lt;i$gt;x$lt;/i$gt;$lt;/sub$gt;Ge$lt;sub$gt;$lt;i$gt;x$lt;/i$gt;$lt;/sub$gt;栅的应变SiGep型金属氧化物半导体场效应晶体管阈值电压漂移模型研究

针对具有poly-Si_1-xGe_x栅的应变SiGe p型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET), 研究了其垂直电势与电场分布, 建立了考虑栅耗尽的poly-Si_1-xGe_x栅情况下该器件的等效栅氧化层厚度模型, 并利用该模型分析了poly-Si_1-xGe_x栅及应变SiGe层中Ge组分对等效氧化层厚度的影响. 研究了应变SiGe PMOSFET热载流子产生的机理及其对器件性能的影响, 以及引起应变SiGe PMOSFET阈值电压漂移的机理, 并建立了该器件阈值电压漂移模型, 揭示了器件阈值电压漂移随电应力施加时间、栅极电压、poly-Si_1-xGe_x栅及应变SiGe层中Ge组分的变化关系. 并在此基础上进行了实验验证, 在电应力施加10000 s时, 阈值电压漂移0.032 V, 与模拟结果基本一致, 为应变SiGe PMOSFET及相关电路的设计与制造提供了重要的理论与实践基础. 关键词： 应变SiGep型金属氧化物半导体场效应晶体管 1-xGe_x栅')" href="#">poly-Si_1-xGe_x栅 热载流子 阈值电压     

γ射线总剂量辐照效应对应变Si p型金属氧化物半导体场效应晶体管阈值电压与跨导的影响研究

分析了双轴应变Si p型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)在γ射线辐照下载流子的微观输运过程,揭示了γ射线的作用机理及器件电学特性随辐照总剂量的演化规律,建立了总剂量辐照条件下的双轴应变Si PMOSFET阈值电压与跨导等电学特性模型,并对其进行了模拟仿真.由仿真结果可知,阈值电压的绝对值会随着辐照总剂量的积累而增加,辐照总剂量较低时阈值电压的变化与总剂量基本呈线性关系,高剂量时趋于饱和;辐照产生的陷阱电荷增加了沟道区载流子之间的碰撞概率,导致了沟道载流子迁移率的退化以及跨导的降低.在此基础上,进行实验验证,测试结果表明实验数据与仿真结果基本相符,为双轴应变Si PMOSFET辐照可靠性的研究和应变集成电路的应用与推广提供了理论依据和实践基础.     

一种基于BSIM4的屏蔽栅沟槽MOSFET紧凑型模型

提出了一种基于BSIM4的屏蔽栅沟槽MOSFET紧凑型模型.在直流模型中使用两端电势建立JFET区等效电阻模型,并引入电子扩散区等效电阻,解决了因忽视JFET区源端电势导致的电流存在误差的问题.在电容模型中,漏源电容模型在BSIM4的基础上添加了屏蔽栅-漏等效电容模型,栅漏电容模型将栅漏偏置电压修改为栅极同栅-漂移区重叠区末端节点的电势差.使用泊松方程求解该节点电势,并引入栅氧厚度因子k1、屏蔽栅氧化层厚度因子k2、等效栅-漂移区重叠长度Lovequ和等效屏蔽栅长LSHequ对栅和屏蔽栅的结构进行等效,以简化泊松方程的计算并确保该节点电势曲线的光滑性.使用Verilog-A编写模型程序,搭建实验平台测试屏蔽栅沟槽MOSFET的直流特性、电容特性和开关特性,模型仿真结果与测试数据有较好的拟合,验证了所建模型的有效性.