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.     

基于表面势的有机薄膜晶体管漏电流的解析模型

考虑到有机薄膜晶体管(OTFT)带隙中存在指数分布的陷阱态密度,提出了基于表面势的电流解析模型.在模型建立过程中,使用薄层电荷近似区分扩散电流和漂移电流;采用泰勒展开来实现表面势的解析求解,得到较高的求解精度.基于变程跳跃理论,即载流子在局域态之间的热激活特征的隧穿输运机理,解释了OTFT的转移特性和温度特性.模型计算...     

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.     

高栅压低漏压条件下FG-pLEDMOS的热载流子退化机理

针对FG-pLEDMOS施加高栅压低漏压的热载流子应力会使器件线性区漏电流发生退化,而阈值电压基本保持不变,使用TCAD软件仿真以及电荷泵测试技术对其进行了详细的分析.结果表明:沟道区的热空穴注入到栅氧化层,热空穴并没有被栅氧化层俘获,而是产生了界面态;栅氧化层电荷没有变化,使阈值电压基本不变,而界面态的增加导致线性区漏电流发生退化.电场和碰撞电离率是热空穴产生的主要原因,较长的p型缓冲区可以改善沟道区的电场分布,降低碰撞电离率,从而有效地减弱热载流子退化效应.     

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.     

考虑场板边缘效应的SOI-pLDMOS表面电场模型及器件优化设计

针对带有栅极场板的绝缘体上硅p型横向双扩散场效应晶体管(SOI-p LDMOS),提出了一种新型表面电场解析模型.相比于传统模型,该模型充分考虑了场板边缘效应对电场分布的影响,验证结果显示新模型能更好地符合Medici数值仿真结果.此外,基于所建立的器件表面电场模型,研究了栅极场板长度(包括多晶硅场板和金属场板)及漂移区掺杂浓度对器件表面电场分布和击穿特性的影响,进而对SOI-p LDMOS进行了优化设计.流片测试表明,所建立的新型表面电场解析模型能够很好地指导器件参数设计,实现了器件耐压和导通电阻的最佳折中.     

基于晶界离散分布的多晶硅薄膜晶体管直流模型

基于表面势的多晶硅薄膜晶体管(poly-Si TFT)漏电流模型无法体现晶界的离散分布特性,而基于阈值电压模型的各工作分区电流表达式存在不连续性.为克服此缺点,根据基于表面势模型的建模思想,考虑晶界势垒在沟道中离散分布的特点,提出了多晶硅薄膜晶体管的直流漏电流模型.该模型采用单一的解析方程描述多晶硅TFT各工作区的电流.研究结果表明:TFT工作于线性区且栅压一定时,随着漏压的增大,沟道有效迁移率降低;随着栅压的增大或沟道的缩短,漏电压对沟道有效迁移率的影响减弱.     

有机LED器件结构对其内部电场和电荷分布的影响

利用高电场作用下载流子的Fowler-Nordheim(F-N)隧穿理论,建立了双层结构有机发光二极管(LED)器件载流子的动力学方程,通过计算机模拟,研究了稳态条件下势垒参数、外加电压、阳极区和阴极区的厚度等因素对器件内部电场和电荷分布的影响.结果表明:有机LED内部阴极区与阳极区的电场分布、内界面两侧积累的载流子面密度跟势垒高低、膜层厚薄以及外加电压大小密切相关,各功能层之间的能级匹配和厚度匹配对于器件结构优化和性能改善具有重要作用.     

HfAlO_x/γ-Fe_2O_3/HfAlO_x纳米堆栈结构的电阻开关特性

本文用磁控溅射和旋涂法成功制备了HfAlOx/γ-Fe2O3/HfAlOx堆栈结构,该堆栈结构具有典型的双极性电阻开关特性:在-1V读取电压下可获得高达90的高/低电阻态阻值比,该比值可稳定维持近50个循环周期,远优于相同条件下制备的γ-Fe2O3纳米微粒薄膜.线性拟合电流-电压对数曲线结果表明,低电阻态时,样品漏电流特性满足欧姆隧穿机制;高电阻态时,低电场下的漏电流以缺陷主导的空间电荷限制隧穿电流为主,高电场下为串联内置电阻的欧姆隧穿电流;该堆栈结构的电阻开关特性是"体导电细丝通道"和"电场作用下界面势垒改变"共同作用的结果.     

非硅微电子学:锗与锗锡场效应晶体管

本文讨论了非硅微电子学,即在硅衬底上利用非硅沟道材料实现互补型金属氧化物半导体(Complememaw Metal Oxide Semiconductor,CMOS)集成电路的微电子科学与技术.文章重点综述了高迁移率锗与锗锡沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET)以及隧穿场效应晶体管(Tunneling Field Effect Transistor,TFET)的研究进展.锗与锗锡具有比硅(Si)材料高的空穴和电子迁移率且容易实现硅衬底集成,是实现高迁移率沟道CMOS器件的理想备选材料.通过调节锡组分,锗锡材料可实现直接带隙结构,从而获得较高的带间隧穿几率,理论和实验证明可用锗锡实现高性能TFET器件.本文具体分析了锗锡MOSFETs和TFETs器件在材料生长、表面钝化、栅叠层、源漏工程、应变工程及器件可靠性等关键问题.     

InGaAs短波红外探测器的光电机理

利用ISE TCAD仿真软件,建立了铟镓砷(InGaAs)短波红外探测器表面漏电的二维模型。在背面照射方式下,模拟研究了InGaAs短波红外探测器的表面漏电对器件暗电流、总电流、量子效率和响应率的影响。研究结果表明,表面漏电会导致器件的暗电流和总电流增大,但响应率和量子效率会降低。由此可知,表面漏电是制约InGaAs短波红外探测器性能的重要影响因素,该研究结果为器件的设计与优化提供了理论依据。     

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.     

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。     

一种新的HEMT器件I—V特性解析模型

提出了一种考虑速度对冲效应的ＨＥＭＴ器件Ｉ－Ｖ特性解析模型，在非线性电荷控制模型的基础上，对栅极下面沟道中靠近源端附近的电场采用弱强阶梯近似，提出了一个半经验的速度过冲模型，经实际计算结果表明，本模型具有比较高的精度。     

一种新的HEMT器件I－V特性解析模型

提出一种考虑速度过冲效应的ＨＥＭＴ器件Ｉ－Ｖ特性解析模型．在非线性电荷控制模型的基础上，对栅极下面沟道中靠近源端附近的电场采用弱强阶梯场近似，提出了一个半经验的速度过冲模型．经实际计算结果表明，本模型具有比较高的精度     

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。     

无限周期声子晶体全反射隧穿效应的机理研究

建立了一维无限周期声子晶体的谐振腔模型,利用谐振腔的共振条件推导出全反射隧穿导带频率满足的解析公式,从理论上解释了一维无限周期声子晶体全反射隧穿效应产生的物理机理.利用频率的解析公式对全反射隧穿导带的频率随导带级数、腔厚度以及入射角的变化规律进行了研究,圆满地解释了一维无限周期声子晶体的全反射隧穿效应的变化规律.并且将共振理论的结果与色散法的结果进行比较,其结果完全吻合.     

基于表面势的碳化硅基VDMOS器件模型

为了满足功率电路及系统设计对碳化硅基垂直双注入金属氧化物半导体晶体管(VDM OS)模型的需求,建立了一套基于表面势计算方法的可描述碳化硅基VDM OS器件电学特性的模型.模型包括静态部分与动态部分.静态部分不仅分别针对沟道区、积累区、寄生结型场效应晶体管(JFET)区及N-外延层建立电流模型,还考虑了界面态对于阈值电压偏移与沟道迁移率的影响.动态部分中引入了界面陷阱对于电容的影响,完善了基于端电荷划分理论的动态模型.结果表明,所提器件模型的输出特性和转移特性的仿真结果与实测结果之间的均方根误差均小于5%,开关特性的仿真结果与实测结果之间的均方根误差小于10%.     

均匀外电场中导体球的极化解析

导体球在均匀电场中的极化是个经典的可解析静电模型,该模型的常规处理方式是采用电像法或者直接求解边界条件限制下的拉普拉斯方程或泊松方程.提出了另外一种解析求解方法,利用数学变换建立表面电荷密度满足的微分方程,直接求解该方程得到了电荷密度分布函数.