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.     

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.     

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     

NMOS器件中单粒子瞬态电流收集机制的二维数值分析

通过二维数值模拟,深入分析了NMOSFET在不同漏极偏置、不同栅长度和不同注入位置下的单粒子效应.研究结果表明:漏极偏置电压越高,栅长度越短,器件的单粒子瞬态电流越大,收集电荷越多.通过研究不同注入位置情况下的单粒子效应表明:单粒子瞬态脉冲电流的大小和器件中该处对应的电场强度成比例变化.研究结果为设计抗单粒子器件提供了重要指导.     

22 nm工艺超薄体全耗尽绝缘体上硅晶体管单粒子瞬态效应研究

利用计算机辅助设计技术数值仿真工具, 研究22 nm工艺技术节点下超薄体全耗尽绝缘体上硅晶体管单粒子瞬态效应, 系统地分析了掺杂地平面技术、重离子入射位置、栅功函数和衬底偏置电压对于单粒子瞬态效应的影响. 模拟结果表明, 掺杂地平面和量子效应对于单粒子瞬态效应影响很小, 重离子入射产生大量电荷, 屏蔽了初始电荷分布的差异性. 单粒子瞬态效应以及收集电荷和重离子入射位置强相关, 超薄体全耗尽绝缘体上硅最敏感的区域靠近漏端. 当栅功函数从4.3 eV变化到4.65 eV时, 单粒子瞬态电流峰值从564 μA减小到509 μA, 收集电荷从4.57 fC减小到3.97 fC. 超薄体全耗尽绝缘体上硅器件单粒子瞬态电流峰值被衬底偏置电压强烈调制, 但是收集电荷却与衬底偏置电压弱相关. 关键词： 超薄体全耗尽绝缘体上硅 单粒子瞬态效应 电荷收集 数值仿真     

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.     

15 nm Bulk nFinFET器件性能研究及参数优化

为研究Bulk FinFET工作时基本结构参数、器件温度和栅极材料对其性能的影响,建立了一个15 nm n型Bulk FinFET器件模型,仿真分析了不同栅长、鳍宽、鳍高、沟道掺杂浓度、器件工作温度、栅极材料对器件性能的影响,发现增长栅长、降低鳍宽和增加鳍高有助于抑制短沟道效应;1×10¹⁷ cm^-3以下的低沟道掺杂浓度对器件特性影响不大,但高掺杂会使器件失效;器件工作温度的升高会导致器件性能的下降;采用高K介质材料作为栅极器件性能优于传统材料SiO₂。     

氮化镓基高电子迁移率晶体管单粒子和总剂量效应的实验研究

利用重离子加速器和~(60)Co γ射线实验装置,开展了p型栅和共栅共源级联结构增强型氮化镓基高电子迁移率晶体管的单粒子效应和总剂量效应实验研究,给出了氮化镓器件单粒子效应安全工作区域、总剂量效应敏感参数以及辐射响应规律.实验发现, p型栅结构氮化镓器件具有较好的抗单粒子和总剂量辐射能力,其单粒子烧毁阈值大于37 MeV·cm~2/mg,抗总剂量效应水平高于1 Mrad (Si),而共栅共源级联结构氮化镓器件则对单粒子和总剂量辐照均很敏感,在线性能量传输值为22 MeV·cm~2/mg的重离子和累积总剂量为200 krad (Si)辐照时,器件的性能和功能出现异常.利用金相显微镜成像技术和聚焦离子束扫描技术分析氮化镓器件内部电路结构,揭示了共栅共源级联结构氮化镓器件发生单粒子烧毁现象和对总剂量效应敏感的原因.结果表明,单粒子效应诱发内部耗尽型氮化镓器件的栅肖特基势垒发生电子隧穿可能是共栅共源级联结构氮化镓器件发生源漏大电流的内在机制.同时发现,金属氧化物半导体场效应晶体管是导致共栅共源级联结构氮化镓器件对总剂量效应敏感的可能原因.     

新型槽栅PMOSFET热载流子退化机理与抗热载流子效应研究

分析了槽栅器件中的热载流子形成机理,发现在三个应力区中,中栅压附近热载流子产生概率达到最大.利用先进的半导体器件二维器件仿真器研究了槽栅和平面PMOSFET的热载流子特 性,结果表明槽栅器件中热载流子的产生远少于平面器件,且对于栅长在深亚微米和超深亚 微米情况下尤为突出.为进一步探讨热载流子加固后对器件特性的其他影响,分别对不同种 类和浓度的界面态引起的器件栅极和漏极特性的漂移进行了研究,结果表明同样种类和密度 的界面态在槽栅器件中引起的器件特性的漂移远大于平面器件.为开展深亚微米和亚0.1微米 新型槽栅 关键词： 槽栅PMOSFET 热载流子退化机理 热载流子效应     

90 nm CMOS工艺下p+深阱掺杂浓度对电荷共享的影响

基于3维TCAD器件模拟,研究了90 nm CMOS双阱工艺下p⁺深阱掺杂对电荷共享的影响. 研究结果表明:改变p⁺深阱的掺杂浓度对PMOS管之间的电荷共享的影响要远大于NMOS管;通过增加p⁺深阱的掺杂浓度可以有效抑制PMOS管之间的电荷共享. 这一结论可用于指导电荷共享的加固. 关键词： 电荷共享 单粒子效应 +深阱掺杂')" href="#">p⁺深阱掺杂 双极晶体管效应     

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     

绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管中辐射导致的寄生效应研究

基于⁶⁰Co γ射线源研究了总剂量辐射对绝缘体上硅（silicon on insulator,SOI）金属氧化物半导体场效应晶体管器件的影响.通过对比不同尺寸器件的辐射响应,分析了导致辐照后器件性能退化的不同机制.实验表明：器件的性能退化来源于辐射增强的寄生效应;浅沟槽隔离（shallow trench isolation,STI）寄生晶体管的开启导致了关态漏电流随总剂量呈指数增加,直到达到饱和;STI氧化层的陷阱电荷共享导致了窄沟道器件的阈值电压漂移,而短沟道器件的阈值电压漂移则来自于背栅阈值耦合;在同一工艺下,尺寸较小的器件对总剂量效应更敏感.探讨了背栅和体区加负偏压对总剂量效应的影响,SOI器件背栅或体区的负偏压可以在一定程度上抑制辐射增强的寄生效应,从而改善辐照后器件的电学特性.     

用12C离子模拟质子引起的单粒子效应

在理论分析的基础上 ,提出了一种利用兰州重离子加速器提供的高能12C离子模拟质子引起单粒子效应的途径 .在保证核反应机制是引起单粒子效应主要机制的前提下,用高能12C离子可以模拟质子在功率金属 -氧化物 -半导体场效应晶体管中引起的单粒子烧毁以及单粒子栅极击穿 ,获得质子单粒子效应的饱和截面 ,定性研究质子单粒子效应的角度效应 ,还可以作为高能质子单粒子效应实验前的预备实验 .该方法拓展了兰州重离子加速器加速的轻的重离子在单粒子效应实验研究方面的应用 ,对现阶段国内开展质子单粒子效应实验研究具有重要意义. The mechanisms for proton and heavy ion induced single event effect (SEE) are discussed and a method to simulate proton induced SSEE (PSEE) with high energy 12 C is proposed in this paper. The experiments which can be done by using this method include single event burnout (SEB) and single event gate rupture in power MOSFET, single event upset (SEU) and single event transient (SET) in less sensitive device and angle effect. The experimets with high energy ...     

The effect of subsurface doping on gate oxide charging damage

The effect of wells and substrate type on gate oxide charging damage during plasma processing, and more specifically plasma immersion ion implantation, is modeled. The simulation combines the equations governing the plasma currents and integrated circuit device models to determine the gate oxide stressing voltage during implantation. Depending on the substrate type and the surface potential (V_s), a depletion region may exist, reducing the gate oxide voltage, and hence the gate oxide damage. In addition, well structures, by the nature of their capacitance, modulate V_s, altering the oxide stressing voltage. For most PIII implant conditions, gate oxides with p-type channel doping will be damaged more than those oxides with n-type channel doping. Experimental results confirm the substrate and well effects on plasma charging damage     

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.     

Study of single event effect for the InP-based HEMT with In0.53Ga0.47As/In0.3Ga0.7As/In0.7Ga0.3As composite channel

In this study, the single event effects in In_0.53Ga_0.47As/In_0.3Ga_0.7As/In_0.7Ga_0.3As composite channel InP-based HEMT are investigated using TCAD simulation for the first time. Due to the higher conduction band difference between bottom In_0.7Ga_0.3As channel and InAlAs buffer, the electrons in the buffer layer induced by ions strike cannot enter the channel, led to reduce the peak concentration in the composite channel and significantly weakened the drain current for composite channel device. Meanwhile, higher barrier height under the gate for composite channel InP-based HEMT is formed after particle strike, and further attenuate the drain current. Therefore, the single event effects can be effectively reduced by designing channel structure. In addition, drain voltage and incident position also show significant impact drain current. With the increase in the drain voltage, the drain current increase and the most sensitive incident position is the gate electrode for the device.     

Experimental investigation of the transverse electric field in charge-coupled devices

We report a detailed experimental study of the transverse electric, field in charge-coupled devices. Using a gate-controlled photodiode structure, the effects of doping density, oxide thickness, gate length and gate voltage on the transverse electric field are examined and compared with theoretical calculations. It is found that the existing theoretical model tends to overestimate the transverse field in samples of high doping density and large gate length, or when the gate voltage difference is large.     

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.     

Poly-Si1-xGex栅应变SiN型金属-氧化物-半导体场效应管栅耗尽模型研究

基于对Poly-Si_1-xGe_x栅功函数的分析,通过求解Poisson方程, 获得了Poly-Si_1-xGe_x栅应变Si N型金属-氧化物-半导体场效应器件 (NMOSFET)垂直电势与电场分布模型.在此基础上,建立了考虑栅耗尽的Poly-Si_1-xGe_x栅应变Si NMOSFET的阈值电压模型和栅耗尽宽度及其归一化模型,并利用该模型,对器件几何结构参数、 物理参数尤其是Ge组分对Poly-Si_1-xGe_x栅耗尽层宽度的影响, 以及栅耗尽层宽度对器件阈值电压的影响进行了模拟分析.结果表明:多晶耗尽随Ge组分和栅掺杂浓度的增加而减弱, 随衬底掺杂浓度的增加而增强;此外,多晶耗尽程度的增强使得器件阈值电压增大. 所得结论能够为应变Si器件的设计提供理论依据.