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.     

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。     

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.     

一种计算纳米CMOS器件中应力致界面态的方法

在纳米CMOS器件中,负栅压温度不稳定性、热载流子注入效应和栅氧化层经时击穿等应力使得Si/SiO2界面产生界面态,引起器件参数的退化.随着CMOS器件不断缩小,这种退化将严重制约器件性能.提出了一种改进的计算纳米CMOS器件中应力产生界面态的方法,能够对应力产生的界面态进行定量描述.该方法在电荷泵基础上测量纳米小尺寸器件初始状态和应力状态下的衬底电流,提取电荷泵电流(Icp),计算出应力产生的界面态密度.测量过程中,脉冲频率固定不变,降低了频率变化所带来的误差.     

4H-SiC MOS电容栅介质经NO退火电流导通机理研究

本文对进行NO退火和非NO退火的SiC MOS电容的栅泄漏电流的导通机理进行了分析,研究表明在高场下经过NO退火和未经过NO退火的样品的栅泄露电流都由Fowler-Nordheim （FN）隧穿决定,经过NO退火的势垒高度为2.67 eV,而未经过NO退火的样品势垒高度为2.54 eV,势垒高度的增加说明了氮化的作用.在中度电场区域,通过拟合分析发现此区域的栅泄漏电流主要由Poole-Frenkel发射（PF）决定,并不受陷阱辅助隧穿trap assisted tunneling（TAT）的影响.同时C-V特性也明显看出NO退火对界面质量的影响.      

300伏全兼容CMOS集成电路器件设计与工艺

本文介绍一种与Ⅳ阱硅栅CMOS集成电路技术完全兼容的高压MOS器件的设计方法和制备工艺。这种高压MOS器件可以和CMOS逻辑电路、模拟电路集成在同一芯片上而不需任何附加工艺步骤。此种器件的闽电压为|1±0.2|V,漏击穿电压大于300V,泄漏电流小于50nA,当宽长此为115,栅偏压V_(GS)=10V时,其饱和电流大于35mA,跨导大于4000μ,而导通电阻小于600Ω。该器件在等离子显示、静电复印、场致发光、高低压开关等方面有广泛的应用。     

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.     

考虑可移动电荷的双栅隧穿场效应晶体管电流模型

为了解决隧穿场效应晶体管(TFET)在强反型区表面势和漏电流精度下降的问题,建立了一种考虑可移动电荷影响的双栅TFET电流模型。首先求解考虑可移动电荷贡献的二维电势泊松方程,推导出表面势、电场的解析表达式;然后利用求得的电场表达式和Kane模型得到载流子的隧穿产生率;最后利用切线近似法计算隧穿产生率在隧穿区域的积分,建立了漏电流的简洁解析模型。利用器件数值仿真软件Sentaurus在不同器件参数下对所建模型进行了验证,仿真结果表明:考虑可移动电荷的影响能够提高强反型区漏电流模型的精度;在相同器件参数条件下,考虑可移动电荷的模型比忽略可移动电荷的模型精度提高了20%以上。     

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。     

高温6H-SiC CMOS运算放大器的设计

目的设计可工作在高温下的6H-SiC CMOS运算放大器。方法该电路基于标准的PMOS输入两级运放而成,考虑泄漏电流匹配添加Dcomp二极管。利用零温度系数理论和泄漏电流匹配的原则对电路管子的尺寸进行确定。通过求解SiMOS管和6H-SiC MOS管零温度系数点来稳定偏置电路。结果利用Hspice进行仿真,当温度从300K变化到600K时,SiC运放的增益和相位裕度的变化率分别为2.5%和3.3%,而Si电路的增益从300K的64dB降到600K的-80dB。由于SiC MOS器件沟道迁移率低导致器件的跨导低于相同尺寸下的Si器件,所以其开环增益也小于相同结构和尺寸的Si OPAMP。结论此电路可以在高温下稳定工作,但是单管的性能较Si单管差。