高k栅栈MOSFET共振隧穿模型

针对高介电常数（k）栅堆栈金属氧化物场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET）实际结构,建立了入射电子与界面缺陷共振高k栅栈结构共振隧穿模型.通过薛定谔方程和泊松方程求SiO2和高k界面束缚态波函数,利用横向共振法到共振本征态,采用量子力转移矩阵法求共振隧穿系数,模拟到栅隧穿电流密度与文献中实验结果一致.讨论了高k栅几种介质材料和栅电极材料及其界面层（IL）厚度、高k层（HK）厚度对共振隧穿系数影响.结果表明,随着HfO2和Al2O3厚度减小,栅栈结构共振隧穿系数减小,共振峰减少.随着La2O3厚度减小,共振峰减少,共振隧穿系数却增大.随着SiO2厚度增大,HfO2,Al2O3和La2O3基栅栈结构共振隧穿系数都减小,共振峰都减少.TiN栅电极HfO2,Al2O3和La2O3基栅栈比相应多晶硅栅电极栅栈结构共振隧穿系数小很多,共振峰少.     

双量子阱中有自旋轨道耦合的场助电子共振隧穿

研究在自旋轨道耦合和周期振动场的作用下,电子隧穿双量子阱结构的透射系数和自旋极化率．通过数值计算发现：隧穿后电子的自旋简并消除,得到与自旋相关的共振峰．电子隧穿宽势阱时出现对称的Breit-Wigner共振峰,而隧穿窄势阱时出现不对称的Fano共振峰．研究也发现通过调节入射能量和中间势垒的宽度,可以改变共振峰的振幅和位置．利用这个原理可以设计可调的自旋过滤器,实现对自旋的调控．     

双势垒中杂质原子对量子隧穿的影响

采用计算穿越任意势之透射系数的数值计算方法,得到了在双势垒阱区中有正电杂质时电子隧穿的共振能级、波函数、透射系数.通过与无杂质原子的双势垒量子隧穿情形对比,详细讨论了杂质原子对量子隧穿的影响.数值结果显示,体系的有效势是双势垒与杂质原子库仑势的叠加,当电子能量处于叠加势中的本征能级时,发生共振隧穿,对纯束缚态,不可能发生共振隧穿.此外,还给出势阱中有、无杂质两种情形的波形图,通过对比,可以进一步看出杂质原子对共振隧穿的影响.     

MOS器件直接隧穿栅电流及其对CMOS逻辑电路的影响

随着晶体管尺寸按比例缩小,越来越薄的氧化层厚度导致栅上的隧穿电流显著地增大,严重地影响器件和电路的静态特性,为此,基于可靠性理论和仿真,对小尺寸MOSFET (metal-oxide-semiconductor field effect transistor)的直接隧穿栅电流进行研究,并通过对二输入或非门静态栅泄漏电流的研究,揭示直接隧穿栅电流对CMOS(complementary metal oxide semiconductor)逻辑电路的影响.仿真工具为HSPICE软件,MOS器件模型参数采用的是BSIM4和LEVEL 54,栅氧化层厚度为1.4 nm.研究结果表明:边缘直接隧穿电流是小尺寸MOS器件栅直接隧穿电流的重要组成成分;漏端偏置和衬底偏置通过改变表面势影响栅电流密度;CMOS逻辑电路中MOS器件有4种工作状态,即线性区、饱和区、亚阈区和截止区;CMOS逻辑电路中MOS器件的栅泄漏电流与其工作状态有关.仿真结果与理论分析结果较符合,这些理论和仿真结果有助于以后的集成电路设计.     

高k介质纳米MOSFET栅电流和电容模型

介绍了一种纳米MOSFET（场效应管）栅电流和电容的统一模型，该模型基于Schrfidinger-Poisson方程自洽全量子数值解，特别适用于高k栅介质和多层高k栅介质纳米MOSFET。运用该方法计算了各种结构和材料高k介质的MOSFET栅极电流，并进行了分析比较。模拟得出栅极电流和电容与实验结果符合。     

双势垒中类氢杂质位置变化对量子隧穿的影响

运用求解任意势中波函数和转移矩阵方法相结合的方法,讨论双势垒结构中类氢杂质位置变化对电子共振隧穿的影响,计算得到电子的共振能级、波函数、透射系数.结果表明:杂质会使双势垒结构的有效势阱加深,从而使得电子的共振能量向低能区移动.电子在势阱中的平均位置越靠近杂质中心所在的位置,相应的有效势阱越深,使得共振峰的能量越低.类氢杂质在势阱中央时,处于第一激发态的电子共振能量最高,而处于第二激发态的电子共振能量最低.     

多层半导体结构的共振隧穿性质

应用转移矩阵方法，计算了多层半导体结构的电子透射系数，研究了三元准周期超晶格的电子共振隧穿性质，讨论了不同结构对隧穿性质的影响。结果表明：准周期超晶格结构的自相似性导致了电子透射率谱的自相似性；随着代数的增加，高透射率的区域越来越集中于某一小的能量范围；对应不同的排列结构，电子透射率随能量的分布也不相同，透射率较大的能量位置与系统中占多数的那种势阱的能级相对应。     

室温下不同偏压与掺杂浓度对非对称量子阱隧穿系数的影响

建立了非对称三势垒量子阱模型,通过对任意单势垒透射系数理论分析,模拟研究了非对称三势垒在室温下,其器件衬底掺杂,在不同浓度与不同偏压下,其透射系数随电子入射能量发生变化的曲线,并进行了分析讨论,得到了内建电场等因素制约量子阱隧穿效应的理论。     

半导体多重直角势垒结构中的电子共振隧穿

把一维Ｎ重直角势垒结构共振隧穿问题的解析工作推广到以多个势垒为单元任意重复排列的统一模型，并考虑了价带的影响。对单元Ｍ为单势垒和双势垒的结构得到简便的透射系数公式。本文结果还证明，发生共振隧穿的电子能量必须位于以Ｍ为原胞的周期系统的允许带内，考虑价带影响后，同等条件下发生共振隧穿的能量明显增大。     

一种新型GaAs基无漏结隧穿场效应晶体管

针对隧穿场效应晶体管开态电流较低的问题,提出了一种新型GaAs基无漏结隧穿场效应晶体管结构,并对其性能进行了研究。在该结构中,沟道和漏区采用具有相同掺杂浓度的N型InGaAs材料,实现沟道/漏区无结化,简化了制造工艺;同时为了提高开态隧穿电流,源区采用不同于沟道的P型GaAsSb材料,实现异质源区/沟道结构。该结构能有效增大关态隧穿势垒宽度,降低泄漏电流,同时增加开态带带隧穿概率,提升开态电流,从而获得低亚阈值斜率和高开关比。仿真结果表明,在0.4V工作电压下,该新型GaAs基无漏结隧穿场效应晶体管的开态电流为3.66mA,关态电流为4.35×10~(-13) A,开关电流比高达10~(10),平均亚阈值斜率为27mV/dec,漏致势垒降低效应值为126。     

Reverse leakage current in AlGaN-based ultraviolet light-emitting diodes

The reverse leakage characteristics of AlGaNbased ultraviolet light-emitting diodes fabricated on sapphire substrate are studied by temperature-variable current–voltage(I–V)measurement from 300 to 450 K.At low-reverse bias range(0–0.5 V),the reverse leakage current exhibits tunneling characteristics.Meanwhile,under a more negative reverse bias range([0.5 V),the log(I)–log(V)plots exhibit close-to-linear dependency,which is in good agreement with the transport mechanism of space-charge limited current.A phenomenological leakage current model focusing on electron transmission primarily through continuous defect band formed by linear defects like dislocations is suggested to explain the reverse current–voltage characteristics.     

4H-SiC肖特基二极管载流子输运的温度效应

以Cree公司生产的碳化硅肖特基二极管为研究对象,对其进行I-V测试.通过对实验数据的理论模拟,研究了碳化硅肖特基二极管的载流子输运机理及温度效应.研究结果表明:温度升高,碳化硅肖特基二极管的肖特基势垒高度降低,漏电流急剧增加.正向导通时符合热电子发射机理,镜像力和隧穿效应共同作用使得反向偏压下的漏电流增加并能较好地和实验值相一致.     

A III-V nanowire channel on silicon for high-performance vertical transistors

Silicon transistors are expected to have new gate architectures, channel materials and switching mechanisms in ten years' time. The trend in transistor scaling has already led to a change in gate structure from two dimensions to three, used in fin field-effect transistors, to avoid problems inherent in miniaturization such as high off-state leakage current and the short-channel effect. At present, planar and fin architectures using III-V materials, specifically InGaAs, are being explored as alternative fast channels on silicon because of their high electron mobility and high-quality interface with gate dielectrics. The idea of surrounding-gate transistors, in which the gate is wrapped around a nanowire channel to provide the best possible electrostatic gate control, using InGaAs channels on silicon, however, has been less well investigated because of difficulties in integrating free-standing InGaAs nanostructures on silicon. Here we report the position-controlled growth of vertical InGaAs nanowires on silicon without any buffering technique and demonstrate surrounding-gate transistors using InGaAs nanowires and InGaAs/InP/InAlAs/InGaAs core-multishell nanowires as channels. Surrounding-gate transistors using core-multishell nanowire channels with a six-sided, high-electron-mobility transistor structure greatly enhance the on-state current and transconductance while keeping good gate controllability. These devices provide a route to making vertically oriented transistors for the next generation of field-effect transistors and may be useful as building blocks for wireless networks on silicon platforms.     

SHH应力下超薄栅氧PMOS器件退化研究

对超薄栅氧PMOS器件衬底热空穴(SHH)应力下SILC(应力感应泄漏电流)特性和机理进行研究。研究结果表明:在SHH应力下,栅电流在开始阶段减小,这是正电荷在氧化层中积累的结果;随后栅电流慢慢地增加,最后,当在氧化层中积累的正电荷密度达到一个临界值时,栅上漏电流迅速跳变到较大数量级上,说明器件被击穿;当注入空穴通过Si—O网络时,随着注入空穴流的增加,化学键断裂的概率增加;当1个Si原子的2个Si—O键同时断裂时,将会导致Si—O网络不可恢复;Si—O键断裂导致氧化层网络结构发生改变和损伤积累,最终导致氧化层破坏性被击穿。     

多重双势垒结构中电子共振隧道效应的理论研究

研究了一维多重双势垒结构中电子共振隧穿效应，给出了透射系数和共振隧穿条件的解析表达式，数值计算并解释了随双势垒内外讲宽度差△ｄ变化的共振隧穿透射能谱，与对应的多重单势垒结构相比，这种多重双势垒结构显示出一些有趣的性质．     

外加偏压对三元准周期超晶格隧穿性质的影响

利用Ａｉｒｙ函数并应用转移矩阵方法,研究了三元准周期超晶格的电子共振隧穿着重讨论了不同外加偏压对隧穿性质的影响。结果表明,外加偏压对三元准周期超晶格的电子透射率有明显的影响。当偏压较小时,高透射峰出现在能量较高的区域;当偏压较大时,高透射率峰出现在能量较低的区域。     

高k栅介质SOI nMOSFET正偏压温度不稳定性的实验研究

对高k栅介质SOI nMOSFET器件的PBTI退化和恢复进行实验研究, 并且与pMOSFET器件的NBTI效应进行比较, 分析PBTI效应对阈值电压漂移、线性及饱和漏电流、亚阈摆幅和应力诱导漏电流的影响。结果显示, PBTI的退化和恢复与NBTI效应具有相似的趋势, 但是PBTI具有较高的退化速率和较低的恢复比例, 这会对器件的寿命预测带来影响。 最后给出在PBTI应力条件下, 界面陷阱和体陷阱的产生规律及其对器件退化的影响。