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     

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     

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.     

应变绝缘层上硅锗p型金属氧化物场效应晶体管的阈值电压解析模型

分析研究了应变绝缘层上硅锗p型金属氧化物场效应晶体管(SGOI pMOSFET)的阈值电压模型,修正了应变作用下SGOI pMOSFET的能带模型,并提取了主要的物理参量.这些典型的参量包括禁带宽度、电子亲和能、内建势等.给出了应变硅SGOI pMOSFET内部电势分布的二维泊松方程,通过边界条件求解方程,得出了准确的阈值电压模型,并且验证了该模型的正确性.     

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.     

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     

单轴应变硅N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管电容特性模型

电容特性模型是单轴应变硅金属氧化物半导体场效应晶体管(Si MOSFET)和电路进行瞬态分析、交流小信号分析、噪声分析等的重要基础. 本文首先建立了单轴应变Si NMOSFET 的16 个微分电容模型, 并将微分电容的仿真结果与实验结果进行了比较, 验证了所建模型的正确性. 同时对其中的关键性栅电容C_gg 与应力强度、偏置电压、沟道长度、栅极掺杂浓度等的关系进行了分析研究. 结果表明, 与体硅器件相比, 应变的引入使得单轴应变Si NMOSFET器件的栅电容增大, 随偏置电压、沟道长度、栅极掺杂浓度的变化趋势保持不变.     

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     

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     

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.     

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.     

非对称HALO掺杂栅交叠轻掺杂漏围栅MOSFET的解析模型

为抑制短沟道效应和热载流子效应, 提出了一种非对称HALO掺杂栅交叠轻掺杂漏围栅MOSFET新结构. 通过在圆柱坐标系中精确求解三段连续的泊松方程, 推导出新结构的沟道静电势、阈值电压以及亚阈值电流的解析模型. 结果表明, 新结构可有效抑制短沟道效应和热载流子效应, 并具有较小的关态电流. 此外, 分析还表明栅交叠区的掺杂浓度对器件的亚阈值电流几乎没有影响, 而栅电极功函数对亚阈值电流的影响较大. 解析模型结果和三维数值仿真工具ISE所得结果高度符合.     

应变Si NMOSFET阈值电压集约物理模型

本文采用渐变沟道近似和准二维分析的方法, 通过求解泊松方程, 建立了应变Si NMOSFET阈值电压集约物理模型. 模型同时研究了短沟道, 窄沟道, 非均匀掺杂, 漏致势垒降低等物理效应对阈值电压的影响. 采用参数提取软件提取了阈值电压相关参数, 通过将模型的计算结果和实验结果进行对比分析, 验证了本文提出的模型的正确性. 该模型为应变Si超大规模集成电路的分析和设计提供了重要的参考. 关键词： 应变Si NMOSFET 阈值电压 集约物理模型     

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全耗尽SOI MOSFET二维亚阈电流模型

本文通过求解二维泊松方程,为应变Si 全耗SOI MOSFET建立了全耗尽条件下表面势模型,利用传统的漂移-扩散理论.在表面势模型的基础上,得到了应变Si 全耗SOI MOSFET的亚阈电流模型,并通过与二维器件数值模拟工具ISE的结果做比较,证明了所建立的模型的正确性.根据所建立的模型,分析了亚阈电流跟应变Si应变度的大小,应变Si膜的厚度和掺杂浓度的关系,为应变Si 全耗SOI MOSFET物理参数设计提供了重要参考. 关键词： 应变硅 FD-SOI MOSFET 表面势 亚阈电流     

单轴应变SiNMOSFET源漏电流特性模型

本文在建立单轴应变Si NMOSFET迁移率模型和阈值电压模型的基础上, 基于器件不同的工作区域, 从基本的漂移扩散方程出发, 分别建立了单轴应变Si NMOSFET源漏电流模型. 其中将应力的影响显式地体现在迁移率和阈值电压模型中, 使得所建立的模型能直观地反映出源漏电流特性与应力强度的关系. 并且对于亚阈区电流模型, 基于亚阈区反型电荷, 而不是采用常用的有效沟道厚度近似的概念, 从而提高了模型的精度. 同时将所建模型的仿真结果与实验结果进行了比较, 验证了模型的可行性. 该模型已经被嵌入进电路仿真器中, 实现了对单轴应变Si MOSFET 器件和电路的模拟仿真.