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     

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     

环栅肖特基势垒金属氧化物半导体场效应管漏致势垒降低效应研究

结合环栅肖特基势垒金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)结构, 通过求解圆柱坐标系下的二维泊松方程得到了表面势分布, 并据此建立了适用于低漏电压下的环栅肖特基势垒NMOSFET阈值电压模型.根据计算结果, 分析了漏电压、沟道半径和沟道长度对阈值电压和漏致势垒降低的影响, 对环栅肖特基势垒MOSFET器件以及电路设计具有一定的参考价值. 关键词： 环栅肖特基势垒金属氧化物半导体场效应管 二维泊松方程 阈值电压模型 漏致势垒降低     

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     

堆叠栅介质对称双栅单Halo应变Si金属氧化物半导体场效应管二维模型

提出了一种堆叠栅介质对称双栅单Halo应变Si金属氧化物半导体场效应管(metal-oxide semiconductor field effect transistor,MOSFET)新器件结构.采用分区的抛物线电势近似法和通用边界条件求解二维泊松方程,建立了全耗尽条件下的表面势和阈值电压的解析模型.该结构的应变硅沟道有两个掺杂区域,和常规双栅器件(均匀掺杂沟道)比较,沟道表面势呈阶梯电势分布,能进一步提高载流子迁移率;探讨了漏源电压对短沟道效应的影响;分析得到阈值电压随缓冲层Ge组分的提高而降低,随堆叠栅介质高k层介电常数的增大而增大,随源端应变硅沟道掺杂浓度的升高而增大,并解释了其物理机理.分析结果表明:该新结构器件能够更好地减小阈值电压漂移,抑制短沟道效应,为纳米领域MOSFET器件设计提供了指导.     

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     

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     

AlGaN/GaN双异质结F注入增强型高电子迁移率晶体管

理论模拟了不同GaN沟道厚度的双异质结(AlGaN/GaN/AlGaN/GaN)材料对高电子迁移率晶体管(HEMT)特性的影响,并模拟了不同F注入剂量下用该材料制作的增强型器件的特性差异.采用双异质结材料,结合F注入工艺成功地研制出了较高正向阈值电压的增强型HEMT器件.实验研究了三种GaN沟道厚度制作的增强型器件直流特性的差异,与模拟结果进行了对比验证.采用降低的F注入等离子体功率,减小了等离子体处理工艺对器件沟道迁移率的损伤,研制出的器件未经高温退火即实现了较高的跨导和饱和电流特性.对14 nm GaN沟道厚度的器件进行了阈值电压温度稳定性和栅泄漏电流的比较研究,并且分析了双异质结器件的漏致势垒降低效应.     

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     

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.     

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.     

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     

Total-Ionizing-Dose-Induced Body Current Lowering in the 130 nm PDSOI I/O NMOSFETs

The body current lowering effect of 130 nm partially depleted silicon-on-insulator(PDSOI) input/output(I/O)n-type metal-oxide-semiconductor field-effect transistors(NMOSFETs) induced by total-ionizing dose is observed and analyzed. The decay tendency of current ratio of body current and drain current I_b/I_d is also investigated.Theoretical analysis and TCAD simulation results indicate that the physical mechanism of body current lowering effect is the reduction of maximum lateral electric field of the pinch-off region induced by the trapped charges in the buried oxide layer(BOX). The positive charges in the BOX layer can counteract the maximum lateral electric field to some extent.     

Novel attributes in the performance and scaling effects of carbon nanotube field-effect transistors with halo doping

In this paper, we performed a comprehensive scaling study of a carbon nanotube field-effect transistor (CNTFET) with halo doping (HD) using self-consistent and atomistic scale simulations. Our simulation results demonstrate that drain induced barrier lowering (DIBL) diminishes in the HD-CNTFET due to a step in the potential of the CNT at the interface of p-doped and undoped regions in the channel. Also, the hot carrier effect minimizes with reduction of the peak of the electric field at the drain side of the HD-CNTFET. Moreover, the features of the HD-CNTFET can be controlled by the length and concentration engineering of the HD region. Leakage current, on–off current ratio and subthreshold swing improve with an increase of the length and concentration of the HD region, due to the increment of the threshold voltage and the barrier height of the p–n junction near the source. Therefore, this work can provide an incentive for further experimental exploration.     

$lt;i$gt;γ$lt;/i$gt;射线总剂量辐照效应对应变Sip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. 关键词： 应变Sip型金属氧化物半导体场效应晶体管 总剂量辐照 阈值电压 跨导     

高k栅介质GeOI金属氧化物半导体场效应管阈值电压和亚阈斜率模型及其器件结构设计

通过求解沟道与埋氧层的二维泊松方程,同时考虑垂直沟道与埋氧层方向的二阶效应,建立了高κ栅介质GeOI金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)的阈值电压和亚阈斜率解析模型,研究了器件主要结构参数对器件阈值特性、亚阈特性、短沟道效应、漏极感应势垒降低效应及衬偏效应的影响,提出了优化器件性能的结构参数设计原则及取值范围,模拟结果与TCAD仿真结果符合较好,证实了模型的正确性与实用性。     

An analytical threshold voltage model for dual-strained channel PMOSFET

Based on the analysis of vertical electric potential distribution across the dual-channel strained p-type Si/strained Si 1-x Ge x /relaxd Si 1-y Ge y (s-Si/s-SiGe/Si 1-y Ge y) metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (PMOSFET),an-alytical expressions of the threshold voltages for buried channel and surface channel are presented.And the maximum allowed thickness of s-Si is given,which can ensure that the strong inversion appears earlier in the buried channel (compressive strained SiGe) than in the surface channel (tensile strained Si),because the hole mobility in the buried channel is higher than that in the surface channel.Thus they offer a good accuracy as compared with the results of device simulator ISE.With this model,the variations of threshold voltage and maximum allowed thickness of s-Si with design parameters can be predicted,such as Ge fraction,layer thickness,and doping concentration.This model can serve as a useful tool for p-channel s-Si/s-SiGe/Si 1-y Ge y metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET) designs.