MOS 场引晶体管双极理论和实验

提出场引晶体管双极理论.替代已55年久,1952 Shockley发明单极理论.解释近来双栅纳米硅MOS晶体管实验特性--两条电子和两条空穴表面沟道,同时并存.理算晶体管输出特性和转移特性,包括实用硅基及栅氧化层厚度.理算比较最近报道实验,利用硅FinFET,含(金属/硅)和(p/n)结,源和漏接触.实验支持双极理论.建议采用单管,实现CMOS倒相电路和SRAM存储电路.     

双极场引晶体管:Ⅲ.短沟道电化电流理论(双MOS栅纯基)

本文描述双极场引晶体管(BiFET)短沟道理论.晶体管分成两个区域,源区和漏区.每区在特定外加端电压下既可为电子或空穴发射区又可为电子或空穴收集区.把两维无缺陷Shockley方程分离为两个以表面势为参变量的一维方程,并运用源区和漏区界面处电子电流和空穴电流连续性,得到在源区和漏区内解析方程.典型BiFET包括薄纯基上两个等同金属氧化物硅(MOS)栅.用图形提供实用硅基和氧化层厚度范围内,随直流电压变化,输出和转移电流和电导总量,电子沟道与空穴沟道分量,和两区电学长度.报道前没考虑沟道缩短的偏差.     

双极场引晶体管:III.短沟道电化电流理论（双MOS栅纯基）

本文描述双极场引晶体管(BiFET)短沟道理论. 晶体管分成两个区域,源区和漏区. 每区在特定外加端电压下既可为电子或空穴发射区又可为电子或空穴收集区. 把两维无缺陷Shockley方程分离为两个以表面势为参变量的一维方程,并运用源区和漏区界面处电子电流和空穴电流连续性,得到在源区和漏区内解析方程. 典型BiFET包括薄纯基上两个等同金属氧化物硅（MOS）栅. 用图形提供实用硅基和氧化层厚度范围内,随直流电压变化,输出和转移电流和电导总量,电子沟道与空穴沟道分量,和两区电学长度.报道前没考虑沟道缩短的偏差。     

双极场引晶体管:Ⅳ.短沟道飘移扩散理论(双MOS栅纯基)

本文描述双极场引晶体管(BiFET)短沟道解析理论,用解析理论分别计算飘移扩散电流.上月文章用单项电化电流描述飘移扩散电流.正如那篇文章里,两维晶体管分成两个区域,源区和漏区.每区在特定外加端电压下既可为电子或空穴发射区又可为电子或空穴收集区.把两维无缺陷Shockley方程分离为两个以表面势为参变量的一维方程,并运用源区和漏区界面处电子电流和空穴电流连续性,得到在源区和漏区内解析方程.典型BiFET包括薄纯基上两个等同金属氧化物硅(MOS)栅.用图形提供实用硅基和氧化层厚度范围内,随直流电压变化,输出和转移电流和电导总量,电子沟道与空穴沟道飘移扩散分量,和两区电学长度.描述两区短沟道理论相对一区长沟道理论偏差.     

场引晶体管理论:Ⅺ.双极电化电流(薄及厚、纯及不纯基体,单及双MOS栅极)

场引晶体管本质双极,包括电子和空穴表面和体积沟道和电流,一或多个外加横向控制电场.自1952年Shockley发明,55年来它被认为单极场引晶体管,因电子电流理论用多余内部和边界条件,不可避免忽略空穴电流.多余条件,诸如电中性和常空穴电化电势,导致仅用电子电流算内部和终端电学特性的错误解.当忽略的空穴电流与电子电流可比,可在亚阈值区和强反型区,错误解有巨大误差.本文描述普适理论,含有电子和空穴沟道和电流.用z轴宽度方向均匀的直角平行六面体(x,Y,z)晶体管,薄或厚、纯或杂基体,一或二块MOS栅极,描述两维效应及电势、电子空穴电化电势的正确内部和边界条件.没用多余条件,导出四种常用MOS晶体管,直流电流电压特性完备解析方程:半无限厚不纯基上一块栅极(传统的Bulk MOSFET),与体硅以氧化物绝缘的不纯硅薄层上一块栅极(SOI),在沉积到绝缘玻璃的不纯硅薄层上一块栅极(SOI TFT),和薄纯基上两块栅极(FinFETs).     

场引晶体管理论:XI.双极电化电流（薄及厚、纯及不纯基体,单及双MOS栅极）

场引晶体管本质双极,包括电子和空穴表面和体积沟道和电流,一或多个外加横向控制电场．自1952年Shockley发明,55年来它被认为单极场引晶体管,因电子电流理论用多余内部和边界条件,不可避免忽略空穴电流．多余条件,诸如电中性和常空穴电化电势,导致仅用电子电流算内部和终端电学特性的错误解．当忽略的空穴电流与电子电流可比,可在亚阈值区和强反型区,错误解有巨大误差．本文描述普适理论,含有电子和空穴沟道和电流．用z轴宽度方向均匀的直角平行六面体（x,y,z）晶体管,薄或厚、纯或杂基体,一或二块MOS栅极,描述两维效应及电势、电子空穴电化电势的正确内部和边界条件．没用多余条件,导出四种常用MOS晶体管,直流电流电压特性完备解析方程：半无限厚不纯基上一块栅极（传统的Bulk MOSFET）,与体硅以氧化物绝缘的不纯硅薄层上一块栅极（SOI）,在沉积到绝缘玻璃的不纯硅薄层上一块栅极（SOI TFT）,和薄纯基上两块栅极（FinFETs）．     

双极场引晶体管:I.电化电流理论(双MOS栅纯基)

本文描述双极场引晶体管(BiFET)及其理论.把两维晶体管分解成两个一维晶体管,得到解析方程.以表面势为参变量,采用电化(准费米)势梯度驱动力计算电流.提供实用电极直流电压及器件参数范围,随直流电压变化,输出和转移电流和电导.电子和空穴表面沟道同时存在,这新特点可以用来在单管实现CMOS电路倒相和SRAM存储电路.     

双极场引晶体管:II.飘移扩散理论（双MOS栅纯基）

本文描述双极场引晶体管(BiFET)飘移扩散理论，包括薄纯基上两个等同金属氧化物硅（MOS）栅.把两维晶体管分解成两个一维晶体管，以表面势为参变量，得到解析方程.提供实用硅基和氧化层厚度范围内,随直流电压变化,输出和转移电流和电导总量和飘移扩散分量.显著部分的飘移电流来自横向电场平方的纵向梯度.     

双极场引晶体管:Ⅱ.飘移扩散理论(双MOS栅纯基)

本文描述双极场引晶体管（BiFET）飘移扩散理论，包括薄纯基上两个等同金属氧化物硅（MOS）栅,把两维晶体管分解成两个一维问题，以表面势为参变量，得到解析方程，提供实用硅基和氧化层厚度范围内，随直流电压变化，输出和转移电流和电导总量和飘移扩散分量。显著部分的飘移电流来自横向电场平方的纵向梯度。     

双极场引晶体管:Ⅱ.飘移扩散理论(双MOS栅纯基)

本文描述双极场引晶体管(BiFET)飘移扩散理论,包括薄纯基上两个等同金属氧化物硅(MOS)栅.把两维晶体管分解成两个一维晶体管,以表面势为参变量,得到解析方程.提供实用硅基和氧化层厚度范围内,随直流电压变化,输出和转移电流和电导总量和飘移扩散分量.显著部分的飘移电流来自横向电场平方的纵向梯度.     

双极场引晶体管:IV.短沟道飘移扩散理论（双MOS栅纯基）

本文描述双极场引晶体管(BiFET)短沟道解析理论,用解析理论分别计算飘移扩散电流.上月文章用单项电化电流描述飘移扩散电流.正如那篇文章里,两维晶体管分成两个区域,源区和漏区.每区在特定外加端电压下既可为电子或空穴发射区又可为电子或空穴收集区.把两维无缺陷Shockley方程分离为两个以表面势为参变量的一维方程,并运用源区和漏区界面处电子电流和空穴电流连续性,得到在源区和漏区内解析方程.典型BiFET包括薄纯基上两个等同金属氧化物硅(MOS)栅.用图形提供实用硅基和氧化层厚度范围内,随直流电压变化,输出和转移电流和电导总量,电子沟道与空穴沟道飘移扩散分量,和两区电学长度.描述两区短沟道理论相对一区长沟道理论偏差.     

双极场引晶体管:I.电化电流理论(双MOS栅纯基）

本文描述双极场引晶体管(BiFET)及其理论.把两维晶体管分解成两个一维晶体管,得到解析方程.以表面势为参变量,采用电化(准费米)势梯度驱动力计算电流.提供实用电极直流电压及器件参数范围,随直流电压变化,输出和转移电流和电导.电子和空穴表面沟道同时存在,这新特点可以用来在单管实现CMOS电路倒相和SRAM存储电路.     

The Bipolar Field-Effect Transistor:XIII. Physical Realizations of the Transistor and Circuits (One-Two-MOS-Gates on Thin-Thick Pure-Impure Base)

This paper reports the physical realization of the Bipolar Field-Effect Transistor （BiFET） and its onetransistor basic building block circuits. Examples are given for the one and two MOS gates on thin and thick, pure and impure base, with electron and hole contacts, and the corresponding theoretical current-voltage characteristics previously computed by us, without generation-recombination-trapping-tunneling of electrons and holes. These examples include the one-MOS-gate on semi-infinite thick impure base transistor （the bulk transistor） and the impurethin-base Silicon-on-Insulator （SOI） transistor and the two-MOS-gates on thin base transistors （the FinFET and the Thin Film Transistor TFF）. Figures are given with the cross-section views containing the electron and hole concentration and current density distributions and trajectories and the corresponding DC current-voltage characteristics.