基于环栅纳米线隧穿场效应晶体管的解析模型

对环栅纳米线结构的隧穿场效应晶体管进行建模分析, 给出电流解析模型, 证明隧穿场效应管有良好的亚阈特性。研究发现, 环栅纳米线隧穿场效应管的亚阈值斜率SS的大小与圆柱体硅直径d_nw、环栅氧化层厚度t_ox以及漏电压V_dd的变化规律均成正比, 即圆柱体硅直径d_nw、环栅氧化层厚度t_ox和漏电压V_dd越小, 亚阈区的性能越好。这一模型的研究为场效应晶体管在低功耗电路中的应用打下良好基础。     

电子—声子相互作用非对称双势垒共振隧穿的影响

理论研究了非对称双势垒结构中光学声子发射率和光学声子辅助隧穿电流。对A│xGa1-xAs/GaAs/AlyGa1-yAs结构作了数值计算,得到对声子辅助隧穿实验电流峰的一种新的理论上的合理辨认。对宽量子阱理论上只有一个声子辅助峰,且接近阱内LO声子的能量。发现界面光学（IO）声子辅助隧穿是主要的。理论结果能正确解释实验。     

高效GaAs/Si叠层电池设计优化

模拟一种高效GaAs/Si两结叠层电池结构,将硅材料作为叠层电池的一个底电池利用起来,拓展光谱吸收.分别讨论了隧穿结和子电池对叠层电池的影响,结果表明薄的GaAs隧穿结可以获得高效率的叠层电池,1.05μm厚的顶电池基区是子电池电流匹配的最优条件,厚的底电池有助于叠层电池效率的提高.优化后的叠层电池在一个太阳,AM l.5G光照条件下,效率可达到43.86％,其相应的开路电压Voc=1.76 V,短路电流密度Joc=28.64 mA/cm2,填充因子FF=87.25％,该设计为硅基高效太阳能电池的制备提供理论参考.     

基于转移矩阵法确定高k介质中泄漏电流共振隧穿机制的存在性

栅隧穿电流已成为制约MOS器件继续缩小的因素之一.为了掌握和控制高k栅栈的栅电流,必须全面了解其中存在的各种隧穿机制.考虑高k介质和二氧化硅间的界面陷阱,建立了高栅栈MOSFET中沟道与栅极交换载流子的双势垒隧穿物理模型.采用量子力学的转移矩阵方法,计算沟道电子通过高栅栈结构的透射系数,模拟得到的透射系数曲线随电子能量变化呈现峰谷振荡的特征.将本文模拟结果与非平衡格林函数及WKB近似方法模拟结果对比,通过论证得出电子能量低于高导带底的透射系数峰为共振隧穿机制所产生,而能量高于高k介质导带底的电子透射系数峰为直接隧穿的结论.     

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.     

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.     

非对称性隧穿电容单电子器件模型与模拟

在基于单电子晶体管的半经典理论和主方程模型的基础上,提出了一种采用非对称隧穿电容设计的单电子晶体管,并用计算机模拟了对称结构的单电子晶体管和非对称隧穿电容(电阻)结构单电子晶体管的特性.模拟结果表明,用主方程法模拟非对称隧穿电容(电阻)结构设计的晶体管,其伏安特性曲线除仍保留对称结构具有的周期性以外,还具有正弦态、电阻态、方波态、截止态四种形态.其性能也有差异.     

FM/I/FM隧道结中的隧穿时间

在相位时间定义的基础上,研究了铁磁金属-绝缘体-铁磁金属一维磁性隧道单结的隧穿时间随两铁磁层磁矩之间夹角,势垒宽度和电子入射能量的变化.研究结果表明隧穿时间随电子的入射能的增大而减小,在低能区隧穿时间随入射能的增加呈指数减小,而在高能区减小的趋势变缓和;两铁磁层磁化强度方向呈平行排列和反平行排列时的隧穿时间的差值在低能区随入射能的增加呈指数增加,但在高能区趋于零.另外隧穿时间随着势垒宽度的增加而呈线性增长.     

空穴型Si/SiGe共振隧穿二极管及其直流参数提取

共振隧穿二极管因其特有的负微分电阻特性,成为一种很有前途的基于能带工程的异质结构量子器件.采用超高真空外延技术,以p型重掺杂硅为衬底生长出以4 nm厚Si0.6Ge0.4层为空穴量子阱、以4 nm厚Si层为空穴势垒的双势垒单量子阱结构.然后用常规半导体器件工艺制成了空穴型共振隧穿二极管.在室温下对面积为8 μm×8 μm的共振隧穿二极管进行测量,其峰值电流密度为45.92 kA/cm2, 电流峰谷比为2.21. 根据测量得到的电流电压特性考虑串联电阻的影响,提取出共振隧穿二极管的直流参数.可以利用这些参数将共振隧穿二极管的直流模型加入SPICE电路模拟软件器中进行共振隧穿二极管电路设计.     

含磁性非磁性金属插入层磁隧道结的隧穿特性研究

讨论了一种新型FM1/NM/FM/I/FM2磁性隧道结,该隧道结结构可获得高质量的I层,从而具有重要的应用价值.利用Slonezewski的自由电子模型和转移矩阵方法,对这种隧道结中的隧穿电导(TC)和隧穿磁电阻(TMR)与NM、FM层的厚度以及和势垒高度的关系进行了研究.同时还通过和FM1/NM/I/FM2型隧道结的相应结果的比较讨论了FM层在FM1/NM/FM/I/FM2磁性隧道结中的作用.