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 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.     

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     

小尺寸MOSFET隧穿电流解析模型

基于表面势解析模型，通过将多子带等效为单子带，建立了耗尽/反型状态下小尺寸MOSFET直接隧穿栅电流解析模型.模拟结果与自洽解及实验结果均符合较好，表明此模型不仅可用于SiO₂、也可用于高介电常数(k)材料作为栅介质以及叠层栅介质结构MOSFET栅极漏电特性的模拟分析，计算时间较自洽解方法大大缩短，适用于MOS器件电路模拟. 关键词： 隧穿电流 MOSFET 量子机理 解析模型     

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.     

部分耗尽结构绝缘体上硅器件的低频噪声特性

针对部分耗尽结构绝缘体上硅(silicon-on-insulator, SOI)器件低频噪声特性展开实验与理论研究. 实验结果表明, 器件低频噪声主要来源于SiO₂-Si界面附近缺陷态对载流子的俘获与释放过程; 基于此理论可提取前栅和背栅氧化层界面附近缺陷态密度分别为8×10¹⁷ eV^-1·cm^-3和2.76×10¹⁷ eV^-1·cm^-3. 基于电荷隧穿机理, 在考虑隧穿削弱因子、隧穿距离与时间常数之间关系的基础上, 提取了前、背栅氧化层内缺陷态密度随空间的分布情况. 此外, SOI器件沟道电流归一化噪声功率谱密度随沟道长度的增加而线性减小, 这表明器件低频噪声主要来源于沟道的闪烁噪声. 最后, 基于电荷耦合效应, 分析了背栅电压对前栅阈值电压、沟道电流以及沟道电流噪声功率谱密度的影响.     

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     

电荷直接隧穿特征时间的计算模型

在分析硅基纳米存储器的势结构和价带混合效应对直接隧穿过程影响的基础上,采用顺序隧穿理论和巴丁传输哈密顿方法,发展了电子和空穴直接隧穿时间的计算模型.利用该模型数值计算了硅基纳米存储器的编程时间和保留时间,讨论了结构参数和外加偏压对器件存储性能的影响,指出需要设计新的器件结构模型来优化硅基纳米存储器的保留特性.     

应变Si沟道nMOSFET阈值电压模型

在研究分析弛豫SiGe衬底上的应变Si 沟道nMOSFET纵向电势分布的基础上,建立了应变Si nMOSFET阈值电压模型,并利用该模型对不同的器件结构参数进行仿真,获得了阈值电压与SiGe层掺杂浓度和Ge组分的关系、阈值电压偏移量与SiGe层中Ge组分的关系、阈值电压与应变Si层掺杂浓度和厚度的关系. 分析结果表明：阈值电压随SiGe层中Ge组分的提高而降低,随着SiGe层的掺杂浓度的提高而增大;阈值电压随应变Si层的掺杂浓度的提高而增大,随应变Si层厚度增大而增大. 该模型为应变Si 器件阈值电压设计 关键词： 应变硅 阈值电压 电势分布 反型层     

小尺寸应变Si nMOSFET物理模型的研究

本文运用高斯定律得出多晶SiGe栅应变Si nMOSFET的准二维阈值电压模型,并从电流密度方程出发建立了小尺寸应变Si nMOS器件的I-V特性模型.对所得模型进行计算分析,得出沟道Ge组分、多晶Si_1-yGe_y栅Ge组分、栅氧化层厚度、应变Si层厚度、栅长以及掺杂浓度对阈值电压的影响.运用二维器件模拟器对器件表面势和I-V特性进行了仿真,所得结果与模型仿真结果一致,从而证明了模型的正确性. 关键词： 多晶SiGe栅 高斯定理 阈值电压 速度过冲     

Electrical characteristics of SiGe-on-insulator nMOSFET and SiGe-silicon-on-aluminum nitride nMOSFET

This paper investigates the electrical characteristics and temperature distribution of strained Si/SiGe n-type metal oxide semiconductor field effect transistor(nMOSFET) fabricated on silicon-on-aluminum nitride(SOAN) substrate.This novel structure is named SGSOAN nMOSFET.A comparative study of self-heating effect of nMOSFET fabricated on SGOI and SGSOAN is presented.Numerical results show that this novel SGSOAN structure can greatly eliminate excessive self-heating in devices,which gives a more promising application for silicon on insulator to work at high temperatures.     

Physics of fluctuation processes in downscaled silicon MOSFETs

Physical mechanics of fluctuation processes in advanced submicron and decananometer MOSFETs (metal-oxide-semiconductor field-effect transistors) including the ultra-thin film SOI (siliconon-insulator) devices using strained silicon films are reviewed. The review is substantially based on the results obtained by the authors. It is shown that the following drastic changes occur in the nature and parameters of noise in such devices as a result of their downscaling when the gate oxide thickness and the channel length and width are decreased, the SOI substrates are used, the silicon film thickness is reduced, the film doping level is varied, the strained silicon films are employed, etc. Firstly, the Lorentzian components can appear in the current noise spectra. Those components are due to (i) electron tunneling from the valence band through the gate oxide in the SOI MOSFETs of a sufficiently thin gate oxide (LKE-Lorentzians); (ii) Nyquist fluctuations generated in the source and drain regions near the back Si/SiO₂ interface in the SOI MOSFETs (BGI Lorentzians); (iii) electron exchange between the channel and some single trap in the gate oxide of the transistors with sufficiently small length and width of the channel (RTS Lorentzians). Secondly, the 1/f-noise level can increase due to (i) the appearance of recombination processes near the Si/SiO₂ interface activated by the currents of electron tunneling from the valence band; (ii) an increase in the trap density in the gate oxide of the devices fabricated on the biaxially tensile-strained silicon films; (iii) the contribution of the 1/f fluctuations of the current flowing through the gate oxide as a result of electron tunneling from the conduction band. At the same time, the 1/f-noise level may decrease due to a decrease in the trap density in the gate oxide of the transistors fabricated on the uniaxially tensile-strained silicon films. Moreover, a 1/f ^1.7 component may appear in the noise spectra for the transistors of a sufficiently thin gate oxide, whose component is due to charge fluctuations on the defects located near the interface between the gate polysilicon and the gate oxide.     

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.     

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     

应变Si/(001)Si1-xGex电子迁移率

依据离化杂质散射、声学声子散射和谷间散射的散射模型,在考虑电子谷间占有率的基础上,通过求解玻尔兹曼方程计算了不同锗组分下,不同杂质浓度时应变Si/(001)Si_1-xGe_x的电子迁移率.结果表明:当锗组分达到0.2时,电子几乎全部占据Δ₂能谷;低掺杂时,锗组分为0.4的应变Si电子迁移率与体硅相比增加约64%;对于张应变Si NMOS器件,从电子迁移率角度来考虑不适合做垂直沟道.选择相应的参数,该方 关键词： 电子谷间占有率 散射模型 锗组分 电子迁移率