(100)Si基应变p型金属氧化物半导体[110]晶向电导率有效质量双椭球模型

利用应变技术和沟道晶向工程技术,均可有效增强Si基金属氧化物半导体器件的性能.本文提出了(100)Si p型金属氧化物半导体(PMOS)[110]晶向电导率有效质量双椭球模型,从理论上解释了Si PMOS[100]晶向沟道空穴迁移率为[110]晶向沟道空穴迁移率1.15倍的原因.基于(100)Si基应变PMOS反型层E-k关系,拓展应用该模型,首先获得了(100)Si基应变PMOS反型层价带第一子带等能图,然后给出了(100)Si基应变PMOS器件反型层[110]晶向空穴电导率有效质量模型.本文的模型方案合理可行,可为Si基应变PMOS器件的研究与设计提供有价值的参考.     

应变(001)p型金属氧化物半导体反型层空穴量子化与电导率有效质量

基于k·p微扰理论框架,研究建立了单轴张/压应变Si,Si基双轴应变p型金属氧化物半导体(PMOS)反型层空穴量子化有效质量与空穴面内电导率有效质量模型.结果表明:对于单轴应力PMOS,选择单轴压应力可有效增强器件的性能;同等增强PMOS空穴迁移率,需要施加的单轴力强度小于双轴力的强度;在选择双轴应力增强器件性能时,应优先选择应变Si1-x Ge x作为沟道材料.所获得的量化理论结论可为Si基及其他应变器件的物理理解及设计提供重要理论参考.     

单轴应变Si(001)任意晶向电子电导有效质量模型

单轴应变Si材料电子电导有效质量是理解其电子迁移率增强的关键因素之一, 对其深入研究具有重要的理论意义和实用价值. 本文从Schrödinger方程出发, 将应力场考虑进来, 建立了单轴应变Si材料导带E-k解析模型. 并在此基础上, 最终建立了单轴应变Si(001)任意晶向电子电导率有效质量与应力强度和应力类型的关系模型. 本文的研究结果表明: 1) 单轴应力致电子迁移率增强的应力类型应选择张应力. 2) 单轴张应力情况下, 仅从电子电导有效质量角度考虑, [110]/(001)晶向与[100]/(001)晶向均可. 但考虑到态密度有效质量的因素, 应选择[110]/(001)晶向. 3) 沿(001)晶面上[110]晶向施加单轴张应力时, 若想进一步提高电子迁移率, 应选取[100]晶向为器件沟道方向. 以上结论可为应变Si nMOS器件性能增强的研究及导电沟道的应力与晶向设计提供重要理论依据. 关键词： 单轴应变 E-k关系')" href="#">E-k关系 电导有效质量     

应变Si/(001)Si1-xGex空穴有效质量各向异性

基于应变Si/(001)Si1-xGex材料价带E(k)-k关系模型,研究获得了其沿不同晶向的空穴有效质量.结果表明,与弛豫材料相比,应变Si/(001)Si1-xGex材料价带带边(重空穴带)、亚带边(轻空穴带)空穴有效质量在某些k矢方向变化显著,各向异性更加明显.价带空穴有效质量与迁移率密切相关,该研究成果为Si基应变PMOS器件性能增强的研究及导电沟道的应力与晶向设计提供了重要理论依据.     

(001)面任意方向单轴应变硅材料能带结构

首先计算了(001)晶面单轴应变张量,在此基础上采用结合形变势理论的K ·P微扰法建立了在(001)晶面内受任意方向的单轴压/张应力作用时,应变硅材料的能带结构与应力(类型、大小)及晶向的关系模型,进而分析了不同单轴应力(类型、大小)及晶向对应变硅材料导带带边、价带带边、导带分裂能、价带分裂能、禁带宽度的影响.研究结果可为单轴应变硅器件应力及晶向的选择设计提供理论依据. 关键词： 单轴应变硅 K ·P法 能带结构     

亚100 nm应变Si/SiGe nMOSFET阈值电压二维解析模型

本文基于二维泊松方程,建立了适用于亚100 nm应变Si/SiGe nMOSFET的阈值电压理论模型.为了保证该模型的准确性,同时考虑了器件尺寸减小所导致的物理效应,如短沟道效应,量子化效应等.通过将模型的计算结果与二维器件模拟器ISE的仿真结果进行对比分析,证明了本文提出的模型的正确性.最后,还讨论了亚100 nm器件中常规工艺对阈值电压的影响.该模型为亚100 nm小尺寸应变Si器件的分析设计提供了一定的参考. 关键词： 亚100nm 应变Si/SiGe nMOSFET 二维表面势 阈值电压     

氮化硅膜致小尺寸金属氧化物半导体晶体管沟道单轴应变物理机理

应力作用下MOS性能可显著提升, 小尺寸MOS沟道中单轴应力的引入可通过在MOS表面覆盖淀积SiN膜实现. 虽然该工艺已广泛应用于MOS性能的提升, 但有关SiN膜致MOS沟道应力的产生机理、作用机理, 以及SiN膜结构与MOS沟道应力类型关联性等方面的研究仍需深入探讨. 本文基于ISE TCAD仿真, 提出了分段分析、闭环分析和整体性分析三种模型. 通过对Si MOS源、栅、漏上多种SiN膜淀积形式的深入分析, 揭示了SiN膜致MOS 沟道应力产生与作用物理机理. 研究发现: 1) “台阶”结构是SiN膜导致MOS沟道应变的必要条件; 2) SiN膜具有收缩或者扩张的趋势, SiN膜主要通过引起MOS源/漏区域Si材料的形变, 进而引起沟道区Si材料发生形变; 3)整体SiN膜对沟道的应力等于源/漏上方SiN膜在源/漏所施加的应力、“闭环结构”对沟道内部所施加的应力以及SiN膜的完整性在沟道产生的应力的总和. 本文物理模型可为小尺寸MOS工艺制造, 以及MOS器件新型应力引入的研究提供有价值的参考.     

SiC/SiO2界面粗糙散射对沟道迁移率影响的Monte Carlo研究

提出了一种SiC反型层表面粗糙散射的指数模型,并对6H-SiC反型层迁移率进行了单电子的Monte Carlo模拟,模拟中考虑了沟道区的量子化效应.模拟结果表明,采用表面粗糙散射的指数模型能够使SiC反型层迁移率的模拟结果和实验值符合得更好.模拟结果还反映出有效横向电场较高时表面粗糙散射的作用会变得更显著,电子的屏蔽效应降低了粗糙散射对沟道迁移率的影响,温度升高会引起沟道迁移率降低. 关键词： 6H-SiC 反型层迁移率 表面粗糙散射 指数模型     

应变Si/Si1-xGex n型金属氧化物半导体场效应晶体管反型层中的电子迁移率模型

为了描述生长在弛豫Si_1-xGe_x层上应变Si n型金属氧化物半导体场效应晶体管(nMOSFETs)反型层中电子迁移率的增强机理,提出了一种新型的、基于物理的电子迁移率模型.该模型不仅能够反映声学声子散射迁移率、表面粗糙度散射迁移率与垂直于半导体-绝缘体界面的电场强度之间的依赖关系,而且也能解释不同的锗组分对两种散射机理的抑制情况从而引起电子迁移率增强的机理.该模型数学表达式简单,可以模拟任意锗组分下的迁移率.通过数值分析验证得出,该 关键词： 应变Si/SiGe 电子迁移率 反型层 模型     

SiC/SiO_2界面粗糙散射对沟道迁移率影响的Monte Carlo研究

提出了一种SiC反型层表面粗糙散射的指数模型 ,并对 6H SiC反型层迁移率进行了单电子的MonteCarlo模拟 ,模拟中考虑了沟道区的量子化效应 .模拟结果表明 ,采用表面粗糙散射的指数模型能够使SiC反型层迁移率的模拟结果和实验值符合得更好 .模拟结果还反映出有效横向电场较高时表面粗糙散射的作用会变得更显著 ,电子的屏蔽效应降低了粗糙散射对沟道迁移率的影响 ,温度升高会引起沟道迁移率降低 .     

单轴、双轴应变Si拉曼谱应力模型

本文依据拉曼光谱原理, 基于Secular方程及拉曼选择定则分别获得了单轴、 双轴(001), (101), (111)应变Si材料应变张量与拉曼谱线移动的定量关系, 并在此基础上, 基于广义胡克定律最终建立了单轴、双轴(001), (101), (111)应变Si材料拉曼谱峰与应力的理论关系模型. 该模型建立过程详细、系统, 所得结果全面、量化, 可为应变Si材料应力的测试分析提供重要理论参考.     

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.     

应变Si/(001)Si1-xGex空穴有效质量各向异性

基于应变Si/（001）Si_1-xGe_x材料价带E（k）-k关系模型,研究获得了其沿不同晶向的空穴有效质量.结果表明,与弛豫材料相比,应变Si/（001）Si_1-xGe_x材料价带带边（重空穴带）、亚带边（轻空穴带）空穴有效质量在某些k矢方向变化显著,各向异性更加明显.价带空穴有效质量与迁移率密切相关,该研究成 关键词： 应变Si 价带 空穴有效质量     

应变Si1－xGex/(111)Si空穴有效质量模型

利用应变Si_1-xGe_x/(111)Si材料价带E(k)-k关系,研究获得了沿不同晶向的空穴有效质量,并在此基础上,建立了空穴各向同性有效质量模型.结果表明,与弛豫材料相比,应变Si_1-xGe_x/(111)Si材料价带带边空穴有效质量各向异性更加显著,带边空穴各向同性有效质量随Ge组分明显减小.该研究成果可为Si基应变PM 关键词： 1-xGe_x')" href="#">应变Si_1-xGe_x 空穴有效质量 价带     

应变Si电子电导有效质量模型

采用K·P微扰法建立了应变Si导带能谷由纵、横向有效质量表征的E-k关系,并在此基础上,研究分析了(001),(101),(111)晶面应变Si电子的电导有效质量与应力、能谷分裂能及晶向的关系.结果表明,弛豫Si_1-xGe_x材料(001)面生长的应变Si沿[100],[010]晶向的电子电导有效质量和弛豫Si_1-xGe_x材料(101)面生长的应变Si 关键词： 应变Si K·P法 电导有效质量     

γ射线总剂量辐照对单轴应变Si纳米n型金属氧化物半导体场效应晶体管栅隧穿电流的影响

基于γ射线辐照条件下单轴应变Si纳米n型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)载流子的微观输运机制,揭示了单轴应变Si纳米NMOSFET器件电学特性随总剂量辐照的变化规律,同时基于量子机制建立了小尺寸单轴应变Si NMOSFET在γ射线辐照条件下的栅隧穿电流模型,应用Matlab对该模型进行了数值模拟仿真,探究了总剂量、器件几何结构参数、材料物理参数等对栅隧穿电流的影响.此外,通过实验进行对比,该模型仿真结果和总剂量辐照实验测试结果基本符合,从而验证了模型的可行性.本文所建模型为研究纳米级单轴应变Si NMOSFET应变集成器件可靠性及电路的应用提供了有价值的理论指导与实践基础.     

单轴应变Si导带色散关系解析模型

本文基于k·p 理论框架, 分析了单轴应力对导带能带结构的影响, 详细讨论了剪切应力作用下布里渊区边界X点处Δ₁和Δ_2′ 能带之间的耦合作用及其对导带能谷极小值的改变, 由此进一步给出了能谷极值点附近的色散关系. 最后通过不同能谷之间的坐标变换, 得到了任意单轴应力作用下每个能谷的色散关系. 本文的研究可以为单轴应变Si材料物理性质的理解以及对反型层能带结构、电学特性的相关研究提供一定的理论参考.     

On the lowering of the electronic energy in model insulators due to surface reconstruction

Shubnikov-de Haas oscillations, piezoresistance, Hall mobility, and transverse “Hall” field due to mobility anisotropy have been studied on n-channel (111) Si inversion layers. The valley degeneracy was found to be 2 between 1.7 and 300 K. Under uniaxial mechanical stress the initially isotropic conductivity became strongly anisotropic. All results can be described by the existence of domains in the inversion layer.