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.     

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。     

电子束光刻制造亚微米栅长GaAs金属半导体场效应管(英文)

栅长短于0.2μm的砷化镓(GaAs)金属一半导体场效应晶体管已被我们研制成功。电子束光刻、金属剥离(lift-off)和双层及三层电子束光刻胶等先进技术的应用,获得了亚微米的T型栅,从而改进了场效应管的高频特性。直流测试显示,这种场效应管的跨导高达135ms/mm。     

一种新型GaAs基无漏结隧穿场效应晶体管

针对隧穿场效应晶体管开态电流较低的问题,提出了一种新型GaAs基无漏结隧穿场效应晶体管结构,并对其性能进行了研究。在该结构中,沟道和漏区采用具有相同掺杂浓度的N型InGaAs材料,实现沟道/漏区无结化,简化了制造工艺;同时为了提高开态隧穿电流,源区采用不同于沟道的P型GaAsSb材料,实现异质源区/沟道结构。该结构能有效增大关态隧穿势垒宽度,降低泄漏电流,同时增加开态带带隧穿概率,提升开态电流,从而获得低亚阈值斜率和高开关比。仿真结果表明,在0.4V工作电压下,该新型GaAs基无漏结隧穿场效应晶体管的开态电流为3.66mA,关态电流为4.35×10~(-13) A,开关电流比高达10~(10),平均亚阈值斜率为27mV/dec,漏致势垒降低效应值为126。     

场效应纳电子晶体管的构造和电学特性测量

研究了场效应纳电子晶体管构造过程中金属电极的结构设计,源-漏电极高度、SiO₂绝缘层厚度以及金属电极选材等因素对器件性能有关键的影响。在此基础上测量了单壁碳纳米管束的场效应行为,构造成功基于单壁碳纳米管束的场效应晶体管。     

双层氧化硅(富硅氧化硅和热氧化硅)栅氧化层MOS场效应晶体管的研制

本文报导全部应用常规工艺制造出45埃热氧化硅和200埃富硅氧化硅的双层栅氧化层MOS场效应晶体管。作者首次描述利用常规光刻技术,用BOE腐蚀液刻蚀双层氧化硅层。     

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.     

快速热氮化改善n—MOSFET氧化层的加速击穿

研究不同类型，不同沟道长的ｎ沟金属－氧化物－半导体场效应晶体管在不同栅电压下工作时栅氧化层的击穿特性。结果表明，ＭＯＳＦＥＴ栅氧化层的加速击穿起因于沟道大电流，而栅氧化层进行快速热氮化可极大地改善其栅氧化层的击穿特性。     

亚阈值32位数据通路设计

亚阈值数字电路技术是特殊的超低功耗技术,适用于对低功耗要求苛刻,但速度要求不高的应用领域。该文提出了亚阈值数字标准单元设计方法,从尺寸、驱动、结构几方面设计了亚阈值数字标准单元库。一个采用亚阈值单元库设计的32位数据通路结果表明:与采用传统库相比,数据通路的噪声容限提高了8%,工作频率提高了42%,能耗降低了27%,能量延迟积降低了49%,漏电流降低了64%。     

用X射线衍射研究不同直径镍纳米线阵列的生长方向

大面积有序的不同直径的镍纳米线阵列在多孔氧化铝模板中通过直流电化学沉积制备,利用X光衍射研究了它们的生长方向。充分利用X光的特点对镍纳米线阵列的正反两面进行了测量,结果发现随着纳米线直径的增加,镍纳米线方向向由[110]方向开始向[111]方向转变。并且,利用高分辨透射电镜进行观测,结果发现和XRD得到的结果是一致的。这进一步说明了利用X光来研究纳米线的生长方向既简单又准确．该方法将在以后的纳米器件的研究中起到重要的作用,     

并发遗传退火算法求解复杂非线性方程组

 问题求解空间的扩大和种群规模的增加,导致传统的遗传退火算法在求解复杂非线性方程组时显得迟缓和性能不足.在多核处理器的环境下,把并发机制和最大堆引入遗传退火算法,并应用于复杂非线性方程组的求解中,给出一种具体设计思路.仿真实验结果表明,该机制有效地提高了遗传退火算法的性能,加快了求解速度.     

无掩模选择性制备硅纳米线阵列及其光致发光

基于金属辅助硅化学刻蚀发展了一种无掩模选择性区域制备硅纳米线阵列的方法, 并利用该方法成功制备了图形化的硅纳米线阵列. 扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM) 分析表明, 所制备的硅纳米线阵列是高质量的多孔微纳米结构, 并利用拉曼光谱仪研究了室温下硅纳米线阵列的光致发光特性. 结果表明, 硅纳米线阵列可实现有效的光发射, 发光波峰为663 nm. 该方法工艺简单、有效, 可潜在地应用于构筑硅基光电集成器件.     

长度可调的纳米线阵列近红外减反射特性

采用金属催化化学腐蚀方法在单晶硅表面制备了有序的纳米线阵列,研究了纳米线长度与腐蚀时间之间的关系,发现纳米线长度随着腐蚀时间的增加而增大。测试了所制备的具有纳米线阵列的硅表面在近红外1000nm～2500nm范围内的减反射性能。测试结果表明,与未处理的光滑硅表面相比,具有纳米线阵列的表面的反射率大辐降低,并随着纳米线长度的增加,反射率减小。     

铁钴合金纳米线有序阵列的制备及其磁性表征

用电化学法制备了高度有序的多孔阳极氧化铝（AAO）模板，选摩尔比为1：1的CoSO4和FeSO4混合溶液为电解液，用交流电化学沉积法在多孔阳极氧化铝的柱形微孔内制备Fe0.5 Co0.5合金磁性纳米线有序阵列．分别用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪对多孔氧化铝模板和纳米线阵列的微观形貌和结构进行分析，用振动样品磁强计（VSM）对样品的磁学性能进行测试．结果显示，制备的磁性合金纳米线表面光滑、均匀，纳米线中的晶粒在生长过程中有（200）晶面的择优取向．VSM测试结果表明，纳米线阵列结构具有较高的垂直磁各向异性，当外场沿纳米线轴向磁化时，纳米线阵列有很大的剩磁比（Mr／Ms=0．7）和很大的矫顽力（饱和Hc=1700 Oe），说明样品经适当热处理后，剩磁比和纵向矫顽力普遍得到提高．     

电沉积Ni纳米线阵列及其磁学性能研究

为了解决因受阳极氧化铝(AAO)孔道直径限制导致合成的金属纳米线尺寸单一、磁性受限的问题,采用二次阳极氧化法制备了不同孔径的阳极氧化铝(AAO)模板,依据模板辅助电沉积法,在不同孔径AAO模板内生长了Ni纳米线阵列,利用SEM,TEM,XRD和EDS等技术对制备的Ni纳米线阵列形貌、微观结构和成分进行表征,通过物理性能...     

The influence of the surface migration of gold on the growth of silicon nanowires

Interest in nanowires continues to grow, fuelled in part by applications in nanotechnology. The ability to engineer nanowire properties makes them especially promising in nanoelectronics. Most silicon nanowires are grown using the vapour-liquid-solid (VLS) mechanism, in which the nanowire grows from a gold/silicon catalyst droplet during silicon chemical vapour deposition. Despite over 40 years of study, many aspects of VLS growth are not well understood. For example, in the conventional picture the catalyst droplet does not change during growth, and the nanowire sidewalls consist of clean silicon facets. Here we demonstrate that these assumptions are false for silicon nanowires grown on Si(111) under conditions where all of the experimental parameters (surface structure, gas cleanliness, and background contaminants) are carefully controlled. We show that gold diffusion during growth determines the length, shape, and sidewall properties of the nanowires. Gold from the catalyst droplets wets the nanowire sidewalls, eventually consuming the droplets and terminating VLS growth. Gold diffusion from the smaller droplets to the larger ones (Ostwald ripening) leads to nanowire diameters that change during growth. These results show that the silicon nanowire growth is fundamentally limited by gold diffusion: smooth, arbitrarily long nanowires cannot be grown without eliminating gold migration.     

电化学组装一维纳米线阵列温差电材料

低维温差电材料具有比块状温差电材料更高的优值,因而研制具有纳米线阵列结构的温差电材料对于提高材料的温差电转换效率具有重要意义.以具有纳米孔阵列结构的氧化铝多孔模板为阴极,在含有Bi 3、HTeO2 1的酸性溶液中,采用直流电沉积技术,通过在氧化铝多孔模板的纳米级微孔中沉积铋和碲,实现了一维纳米线阵列铋碲温差电材料的电化学组装.环境扫描电子显微镜(ESEM)和透射电子显微镜(TEM)的分折表明,电化学组装出的铋碲纳米线分布均匀,形状规则.铋碲纳米线的组成可方便地通过调整电沉积电位加以控制.     

发电资产最优组合分配的WCVaR风险度量方法

由于多个子市场具有不同的价格波动特性和收益率随机变化特性,为了追求利润最大、风险最小,风险管理方法已用来研究发电资产分配（GAA）问题．为了避免条件风险价值（CVaR）方法解决该问题的不足,建立了基于Worst-case Conditional Value-at-risk（wCVaR）理论的新的3个最优组合模型．在随机变量混合分布条件下将模型进一步简化、推广,并建立了3个相应的发电资产组合分配的模型．对发电商在现货市场和远期合同市场资产的分配比例和有效前沿进行了算例测试,测试结果表明了理论分析的正确性和模型的有效性．