全耗尽围栅金属氧化物半导体场效应管二维模型

针对深亚微米围栅金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)的短沟道效应随沟道长度减小而愈加明显,以及移动电荷在器件强反型区对表面势影响显著的问题,提出了一种全耗尽围栅MOSFET二维模型.同时考虑耗尽电荷和自由电荷的影响,结合沟道与氧化层界面处的边界条件,求解一维泊松方程,得到一维电势分布模型,然后结合器件源漏处的边界条件求解拉普拉斯方程,最终得到全耗尽围栅MOSFET精确的二维表面势模型,并在此基础上得到了阈值电压、亚阈值斜率等电学参数的解析模型.利用Sentaurus软件对解析模型进行了验证,结果表明:该模型克服了本征模型在重掺杂情况下失效和仅考虑耗尽电荷的模型在强反型区失效的缺点,在不同沟道掺杂情况下从亚阈值区到强反型区都适用;与原有模型相比,该阈值电压模型的误差减小了45.5%.     

围栅金属氧化物半导体场效应管电流模型

针对深亚微米级围栅金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)处于堆积或反型时自由载流子对表面势影响显著的问题,提出了一种全耗尽圆柱形围栅MOSFET表面势和电流解析模型.考虑耗尽电荷和自由载流子的影响,采用逐次沟道近似法求解电势泊松方程,得到围栅MOSFET从堆积到耗尽,再到强反型的表面势模型,最后通过源漏两端的表面势得到了围栅器件从线性区到饱和区的连续电流模型,并利用器件数值仿真软件Sentaurus对表面势和电流模型进行了验证.研究结果表明,表面势在堆积区和强反型区分别趋于饱和,在耗尽区和弱反型区随栅压的增加而增加,同时漏压的增加将使得沟道夹断,此时表面势保持不变.增加掺杂浓度导致平带所需的负偏压变大,表面势增加.与现有的阈值电压模型相比,该模型的精确度提高了16%以上.     

UTB结构量子化效应解析模型

通过在UTB结构中利用矩形势垒近似求解沟道的薛定谔方程,应用费米统计建立了UTB MOSFET阈值区载流子量子化的一个解析模型.并利用自恰求解薛定谔方程和泊松方程的结果对模型进行了验证,分析了UTB结构中阈值电压随硅膜厚度变化的关系.     

对称双栅高斯掺杂应变Si金属氧化物半导体场效应管的二维解析模型

基于扩散、阈值调整和离子注入等工艺过程导致器件的沟道区的掺杂分布不均匀,提出对称双栅高斯掺杂应变硅MOSFET器件,并对其相关特性进行研究。通过对沟道二维泊松方程求解建立该器件结构的表面势和阈值电压模型,分析弛豫SiGe层的Ge组分和掺杂偏差σn对表面势和阈值电压的影响。此外,还对比分析高斯掺杂对称双栅应变硅MOSFET器件和均匀掺杂对称双栅应变硅MOSFET器件的表面势和阈值电压。研究结果表明:阈值电压随应变Si膜中Ge组分的增加而降低;表面势和阈值电压随偏差σn的增加而减小;高斯掺杂对称双栅应变硅MOSFET器件和均匀掺杂对称双栅应变硅MOSFET器件的表面势和阈值电压相差较大,表明非均匀掺杂对器件表面势和阈值电压等影响较大。     

非对称Halo的异质栅SOI MOSFET阈值电压解析模型

为了改善MOSFET的短沟道效应和驱动电流，首次提出了非对称Halo掺杂的异质栅SOIMOSFET结构，这种结构在沟道源端一侧注入浓度较高的杂质，再由具有不同功函数的两种材料拼接形成栅极．通过求解二维电势Poisson方程，建立了全耗尽器件表面势和阈值电压的解析模型．研究表明，该结构能有效抑制漏致势垒降低和热载流子效应，且在沟道长度小于100nm条件下，阈值电压表现出明显的反短沟道特征，在Halo和栅材料界面附近的电场峰值使通过沟道的载流子的传输速度显著提高，解析模型与二维数值模拟软件MEDICI所得结果吻合度较高．     

低掺杂多晶硅薄膜晶体管阈值电压的修正模型

对低掺杂多晶硅薄膜晶体管的表面势进行分析,将表面势开始偏离亚阈值区、沟道电流迅速增加时所对应的栅压作为晶体管的阈值电压.考虑到多晶硅薄膜的陷阱态密度为单指数分布,通过对低掺杂多晶硅薄膜晶体管的表面势进行求解,推导出一个多晶硅薄膜晶体管阈值电压解析模型,并采用数值仿真方法对模型进行了验证.结果表明:新模型所得到的阈值电压与采用二次导数法提取的阈值电压相吻合.     

高k栅介质SOI应变硅肖特基源漏MOSFET漏致势垒降低效应研究

高k栅介质SOI应变硅肖特基源漏MOSFET结合了应变硅工程、高k栅介质、SOI结构和肖特基源漏四者的优点,是一种实现小尺寸MOSFET的潜力器件.通过求解二维泊松方程建立了该结构的阈值电压模型,模型中考虑了镜像力势垒和小尺寸量子化效应对源漏极的电子本征肖特基势垒高度的影响,在阈值电压模型基础上获得了漏致势垒降低模型.从文献中提取漏致势垒降低的实验数据与模型进行对比,验证了其正确性,随后在此基础上讨论分析了漏致势垒降低和各项参数的变化关系.结果表明,漏致势垒降低随应变硅层厚度的变厚、沟道掺杂浓度的提高和锗组分的增大而增大,随沟道长度的变长、栅介质介电常数的增大、电子本征肖特基势垒高度的提高和漏源电压的增大而减小.适当调节模型参数,该结构可很好的抑制漏致势垒降低效应,对高k栅介质SOI应变硅肖特基源漏MOSFET器件以及电路设计具有一定的参考价值.     

高k栅介质SOI应变硅肖特基源漏MOSFET漏致势垒降低效应研究

高k栅介质SOI应变硅肖特基源漏MOSFET结合了应变硅工程、高k栅介质、SOI结构和肖特基源漏四者的优点,是一种实现小尺寸MOSFET的潜力器件.通过求解二维泊松方程建立了该结构的阈值电压模型,模型中考虑了镜像力势垒和小尺寸量子化效应对源漏极的电子本征肖特基势垒高度的影响,在阈值电压模型基础上获得了漏致势垒降低模型.从文献中提取漏致势垒降低的实验数据与模型进行对比,验证了其正确性,随后在此基础上讨论分析了漏致势垒降低和各项参数的变化关系.结果表明,漏致势垒降低随应变硅层厚度的变厚、沟道掺杂浓度的提高和锗组分的增大而增大,随沟道长度的变长、栅介质介电常数的增大、电子本征肖特基势垒高度的提高和漏源电压的增大而减小.适当调节模型参数,该结构可很好的抑制漏致势垒降低效应,对高k栅介质SOI应变硅肖特基源漏MOSFET器件以及电路设计具有一定的参考价值.     

低掺杂多晶硅TFT阈值电压的确定和提取

通过对低掺杂多晶硅薄膜晶体管表面势的分析, 建立基于物理过程的阈值电压模型。当其表面势偏离亚阈值区时沟道电流将迅速增加,将此时所对应的栅压定义为阈值电压。基于多晶硅薄膜的陷阱态密度为单指数分布,通过对表面势进行化简与求解,建立了解析的阈值电压模型。器件数值仿真结果表明,采用二次导数法所提取的阈值电压值与本文所提出的阈值电压模型较好的匹配。     

考虑到纵向掺杂分布影响的SOI功率器件完全耐压模型

首先将任意纵向掺杂的漂移区等效为均匀掺杂的漂移区,然后基于二维泊松方程获得了SOI功率器件在全耗尽和不全耗尽情况下表面电场和击穿电压的完整解析表达式.借助此模型对漂移区纵向均匀掺杂、高斯掺杂、线性掺杂和二阶掺杂SOI二极管的表面场势分布和击穿电压进行了研究,解析结果和仿真结果吻合较好,验证了模型的准确性.最后在满足最优表面电场和完全耗尽条件下,得到器件优化的广义RESURF判据.     

考虑量子化效应的MOSFET栅电容减小模型

基于改进后的三角势阱近似和n型多晶硅的耗尽以及MOSFET的强反型的情况,建立了一个考虑量子效应的栅电容模型.分别对反型层电容和耗尽层电容进行定义、分析和计算,给出了MOSFETs栅电容解析表达式,并与数值模拟结果进行了比较.结果表明该模型是基于物理的解析模型,具有相当精度,便于电路模拟与设计.     

深亚微米SOI MOSFET阈值电压特性研究

在建立SOI MOSFET阈值电压模型的基础上,对其阈值电压特性进行了研究,分析了阈值电压与硅膜掺杂浓度、前栅、背栅氧化层厚度、温度的关系.     

MOS反型层和多晶硅栅量子效应的解析模型

在超深亚微米MOS器件中,量子效应对器件特性的影响很大.根据改进后的三角势场近似和曲线拟合,同时对MOS器件反型层和多晶硅栅中电子的量子效应进行了建模,得到了一个基于物理的解析模型,利用该模型计算MOS器件的阈值电压,与数值模拟的结果比较表明,模型的精度令人满意.     

短沟道MOS器件阈电压和跨导的温度关系

本文从yau的模型出发,推导出了短沟道硅栅MOSFET的阈电压表达式及阈电压与温度的关系:并考虑短沟道MOSFET的扩散电流。推导出简单的电流—电压关系表达式,求出了跨导;得到了与试验一致的结果。发现,随温度的降低,MOSFET的阈电压的大小上升,阈电压的温度梯度的大小减小,跨导的大小急剧上升。结果表明,MOSFET更适合低温下工作。     

部分重叠双栅MOSFET特性的研究

研究一种具有部分重叠双栅结构MOSFET器件模型,并将其与类似的分裂双栅结构MOSFET及普通栅结构MOSFET器件进行比较,利用MEDICI软件对该结构进行仿真.通过仿真可知:部分重叠双栅MOSFET器件通过沟道电场的调节,可降低短沟效应和等效栅电容、提高击穿电压,跨导可由栅压调节,阈值电压随沟道缩短而下降的变化率在文中讨论的3种结构中最小.     

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.     

杂质纵向高斯分布UTBB-SOI MOSFET的虚拟阴极阈值电压解析模型

采用Sentaurus Process工艺仿真工具,验证了超薄硅膜内单次纵向离子注入并快速热退火后所实现的轻掺杂杂质分布符合高斯规律。设计杂质纵向高斯分布的轻掺杂纳米UTBB-SOI MOSFET,用虚拟阴极处反型载流子浓度来定义阈值电压的方法,为器件建立二维阈值电压解析模型。通过与Sentaurus Device器件仿真结果对比分析,发现:阈值电压模型能准确预测器件在不同掺杂、器件厚度和偏置电压下的阈值电压,正确反映器件的背栅效应,其模拟结果与理论模型相符。