纳米双栅MOSFETs的量子格林函数模拟

采用一种量子动力学模型研究纳米MOSFET(场效应管)电流特性.该模型基于二维NEGF(非平衡格林函数)方程和Poisson方程自洽全量子数值解.使用该方法研究了纳米双栅MOSFET结构尺寸对电流特性的影响.模拟结果显示:越细长的沟道,器件的短沟效应越弱,器件的亚阈值斜率随栅氧化层增厚而加大.另外,通过分析器件不同区域的散射自能效应,得出减缓纳米双栅MOSFET电流性能下降的途径.所用模型具有概念清晰,求解稳定等特点.作为多体量子模型,本方法可应用于一维量子线及量子点阵列所构成的纳米器件,并有望在纳米MOSFET器件设计中得以应用.     

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。     

任意纵向变掺杂横向功率器件二维耐压模型

基于二维泊松方程的解,建立了漂移区全耗尽和不全耗尽情况下任意纵向掺杂的横向功率器件二维电场分布模型,进而导出了纵向和横向击穿电压表达式,得到了一个新的RESURF判据.借助此模型,研究了漂移区纵向杂质分布分别为均匀、线性递减、线性递增和高斯四种典型分布的功率器件的耐压机理和工作特性.解析结果和半导体器件仿真器MEDICI的数值结果吻合较好,验证了模型的准确性.     

隧穿电流影响下的小尺寸电路设计

对于具有超薄的氧化层的小尺寸MOSFET器件,静态栅隧穿漏电流的存在严重地影响了器件的正常工作,基于新型应变硅材料所构成的MOSFET器件也存在同样的问题.为了说明漏电流对新型器件性能的影响,利用双重积分方法提出了小尺寸应变硅MOSFET栅隧穿电流理论预测模型,并在此基础上,基于BSIM4模型使用HSPICE仿真工具进行了仔细的研究,定量分析了在不同栅压、栅氧化层厚度下,MOSFET器件、CMOS电路的性能.仿真结果能很好地与理论分析相符合,这些理论和实验数据将有助于以后的集成电路设计.     

环栅肖特基势垒MOSFET解析电流模型

肖特基势垒金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor FieldEffect Transistor,MOSFET)的电流一般需要通过载流子的费米狄拉克分布对能量积分来计算或自洽迭代数值计算,为降低其复杂性,本文采用若干拟合参数,考虑镜像力势垒降低效应、偶极子势垒降低效应和小尺寸下量子化效应对肖特基势垒高度的影响,给出了环栅肖特基势垒MOSFET一种新的解析电流模型。所提出的电流模型与文献报道实验数据符合较好,验证了模型的正确性,对环栅肖特基势垒MOSFET器件以及电路设计提供了一定的参考价值.     

InGaAs肖特基源漏MOSFET的多子带系综蒙特卡洛模拟

采用基于有效质量近似的多子带、多能谷系综蒙特卡洛方法, 考虑纳米尺度MOSFET沟道二维电子气中实际存在的多种散射机制, 模拟 InGaAs肖特基源漏MOSFET。结果显示, 在稳态下, 散射虽然改变了InGaAs肖特基源漏MOSFET沟道中沟道电势、电子浓度和速度的分布, 但对InGaAs肖特基源漏MOSFET的输出特性和转移特性影响较小; 而在施加阶跃漏端电压时, 散射的存在增加了过冲电流的峰值和转换时间, 降低了器件的截止频率。     

全耗尽SOI MOSFET亚阈值表面势的二维半解析模型

根据SOI MOSFET的工作原理,在SOI MOSFET的氧化层、耗尽层和埋氧化层分别引入矩形等效源,提出了电势二维分布的定解问题.再通过半解析法、傅里叶级数展开法和积分法相结合对每个区域的定解问题进行求解,得到了定解问题的二维半解析解,解得结果是无穷级数形式的特殊函数.计算和仿真结果表明,提出的模型求解时精度高,运算量较小,可用于的电路模拟程序.     

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%.     

一种围栅金属氧化物半导体场效应管阈值电压模型

针对深亚微米金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)多晶硅耗尽效应加剧问题,提出了一种全耗尽圆柱形围栅MOSFET阈值电压解析模型.通过求解多晶硅耗尽层电势泊松方程,得到多晶硅耗尽层上的压降,用以修正沟道区的通用边界条件.然后利用叠加原理求解沟道二维电势泊松方程,建立了圆柱形围栅MOSFET的表面势和阈值电压解析模型,并利用器件数值仿真软件Sen-taurus对解析模型进行了验证.研究结果表明,衬底掺杂原子浓度越高,或多晶硅掺杂原子浓度越低,多晶硅耗尽层上的压降就越大,阈值电压偏移也越显著.与现有模型相比,该解析模型的精确度提高了34%以上.     

NMOS阱内外碰撞SEU特性的仿真分析

通过二维器件模拟软件MEDICI对小尺寸硅SRAM单元SEU特性进行了分析。在阱内外碰撞时,当耦合电阻,NMOS阱深等因素变化时,SRAM单元的SEU特性将发生变化,器件阱外碰撞一直比阱内碰撞时对SEU敏感。参数变化过程中对阱内外碰撞时器件SEU敏感性的影响情况不同,器件阱外碰撞时参数变化对SEU特性影响较小,但器件阱内碰撞时参数变化对SEU特性影响较大。     

四端硅压力传感器的解析模型

利用正则摄动法,采用合理的边界条件,求解四端硅压力传感器二维电势的偏微分方程,得出了该传感器二维电势的解析表达式;并由此导出了随应力而变的最大输出电压的解析表达式,且给出了输出电压与器件尺寸的精确关系。该模型物理意义明确,参数提取方便,其计算结果与数值解、实验数据较好吻合,可以很方便地进行器件设计和模拟。     

一种MOSFET器件模拟的新方法

逆算子方法是一种新发展起来求解强非线性问题的近似解析法,对这种方法在MOSFET器件模拟中的基本思想和实现方法进行了阐述,并将其运用于MOSFET器件模拟中,求解了半导体区域的一维非线性泊松方程,得到了MOSFET的一些重要参量的解析表达式,所获得的结果与数值计算的结果比较表明,该方法获得的结果物理意义明确、分析过程简单,收敛速度快捷.     

6H-SiC埋沟MOSFET的C-V特性研究

研究了6H-SiC埋沟MOSFET器件的电容-电压解析模型,分析了埋沟MOSFET各种工作模式下的电容与电压之间的关系。在建模过程中考虑了SiO2/SiC界面态及PN结的影响,并仿真分析了耗尽模式、夹断模式下器件总的C-V特性的模型。由于在假设界面态密度分布均匀条件下,对界面态做了简化处理,因而计算结果与实验结果有所差异。     

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。     

6H-SiC埋沟MOSFET的C-V特性研究

研究了6H-SiC埋沟MOSFET器件的电容-电压解析模型,分析了埋沟MOSFET各种工作模式下的电容与电压之间的关系。在建模过程中考虑了SiO2/SiC界面态及PN结的影响,并仿真分析了耗尽模式、夹断模式下器件总的C-V特性的模型。由于在假设界面态密度分布均匀条件下,对界面态做了简化处理,因而计算结果与实验结果有所差异。     

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．     

SOI RESURF器件高压互连线效应的二维解析模型

高压互连线效应是影响集成功率器件性能的重要因素之一.首先提出一个高压互连线效应对SOI横向高压器件的漂移区电势和电场分布影响的二维解析模型,进而得到漂移区在不完全耗尽和完全耗尽情况下的器件击穿电压解析表达式,而后利用所建立的模型,研究器件结构参数对击穿特性的影响规律,定量揭示在高压互连线作用下器件击穿多生在阳极PN结的物理本质,指出通过优化场氧厚度可以弱化高压互连线对器件击穿的负面影响,并给出用于指导设计的理论公式.模型的正确性通过半导体二维器件仿真软件MEDICI进行了验证.     

基于数值模拟的语言计算方法

为了描述模糊信息并建立模糊逻辑,研究了基于扩展原理和符号化模型的语言计算方法,提出基于数值模拟的对称分布语言变量表示及计算模型.该模型用特征值和标准方差二维数值反映语言的共性和特性.为了扩大运用范围,针对用任意三角模糊数表示的语言变量,提出基础语言集的寻找方法,以实现语言变量统一,完成模糊语言之间的逻辑运算.在此基础上...     

基于先进迁移率模型的4H-SiC MOSFET Spice模型研究

提出了一种基于先进迁移率模型的4H-SiC MOSFET的Spice模型,该模型是基于MOSFET的Spice一级(Level-1)模型方程,将方程中的常数迁移率用更能准确反映4H-SiC/SiO2界面特性的迁移率模型来代替.产品数据手册验证了该模型静态特性的准确性,DC/DC Boost变换器实验也验证了该模型动态特性的准确性.利用该模型讨论了4H-SiC/SiO2的界面态密度和表面粗糙度对4H-SiC MOSFET开关特性的影响.结果表明,随着界面态密度的增加,4H-SiC MOSFET的开通延迟时间随之增加,而关断提前的时间也增加,同时器件的开关损耗也增加,但是表面粗糙度对开关特性的影响非常小.所取得的结果对4H-SiC MOSFET的应用和器件工艺都有一定的指导作用.     

用GAT器件实现高电压与高频率、高电流增益兼容的定量分析

通过作者最近建立的关于GAT器件集电结耗尽层电位分布和电场分布的二维解析模型,定量研究了GAT的基区穿通电压VPI以及GAT的雪崩击穿特性并且解释了该器件实现高击穿电压与高电流增益兼容的实验结果