本文關(guān)鍵詞：新型納米器件的性能研究與建模，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：集成電路中半導(dǎo)體器件的尺寸依據(jù)摩爾定律的規(guī)律越來越小,而隨著半導(dǎo)體器件尺寸的不斷減小,會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的Short Channel Effects (SCEs)短溝道效應(yīng)和柵極泄漏電流急劇增大等不良后果,嚴(yán)重影響了器件的性能。為此,研究人員致力于探求一些新的辦法,讓器件尺寸能按照摩爾定律縮小的同時(shí),又能改善和提高器件的性能�？偟膩碚f,對(duì)于Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor (MOSFET)金屬-氧化物-半導(dǎo)體晶體管而言,可以從柵/柵介質(zhì)工程,溝道工程,源／漏工程,新型的器件結(jié)構(gòu)等四個(gè)角度來改善和提高M(jìn)OSFET器件的性能。但MOSFET在室溫下,其Subthreshold Swing (SS)亞閾值擺幅的理論極限值為60mV/dec。該極限值嚴(yán)重制約了MOSFET器件的功耗和泄漏電流的持續(xù)降低。為此,研究人員另辟蹊徑,探討出與MOSFET器件完全不同工作原理的Tunnel Field-Effect-Transistor (TFET)隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管,該器件的SS可以低于60mV/dec,因而TFET器件可以廣泛應(yīng)用于各種低功耗的場(chǎng)合。文中以Double Doping Polysilicon Gate (DDPG) MOSFET雙摻雜多晶硅柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管和Double Gate (DG) TFET雙柵隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管為研究對(duì)象,對(duì)兩種新型納米器件進(jìn)行了性能研究和建模。首先,研究了DDPG MOSFET器件的瞬態(tài)特性,運(yùn)用小信號(hào)等效電路Non-Quasi Static (NQS):非準(zhǔn)靜態(tài)模型,分析了DDPG MOSFET器件的寄生參數(shù),Y參數(shù)以及本征參數(shù)；針對(duì)于已有的MOSFET器件電勢(shì)模型,由于柵氧化層區(qū)的一維處理導(dǎo)致模型計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確。因此,本文對(duì)DDPG MOSFET器件的柵氧化層區(qū)進(jìn)行二維考慮,基于半解析法,建立了DDPG MOSFET器件的二維半解析電勢(shì)模型。DDPG MOSFET器件二維半解析電勢(shì)模型的大致步驟為：建立DDPG MOSFET器件的坐標(biāo)系,根據(jù)器件柵結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),對(duì)柵氧化層區(qū)和溝道耗盡層區(qū)進(jìn)行分區(qū),并同時(shí)列出各個(gè)區(qū)的泊松方程和邊界條件,求解出各個(gè)區(qū)含有待定系數(shù)的二維電勢(shì)的通解。為求解出這些待定系數(shù),則需運(yùn)用各個(gè)區(qū)域銜接處的邊界條件,對(duì)所得的各個(gè)區(qū)二維電勢(shì)方程兩端做特征函數(shù)展開,便可以得出含有待定系數(shù)的矩陣方程,將求出的系數(shù)代回通解方程,即得出柵氧化層區(qū)和溝道耗盡層區(qū)的電勢(shì)。結(jié)果表明：該模型求解出的柵氧化層區(qū)電勢(shì)分布沿著溝道方向是非線性的,即對(duì)柵氧化層區(qū)進(jìn)行二維處理,能很好的解決電場(chǎng)連續(xù)的通過不同介質(zhì)的邊界的問題。基于DDPG MOSFET器件的表面勢(shì)模型,運(yùn)用熱電子發(fā)射理論和漂移-擴(kuò)散理論,計(jì)算出DDPG MOSFET器件的亞閾值電流。對(duì)于DG TFET器件的建模,同樣依據(jù)其工作原理,將半解析法運(yùn)用到該器件的電勢(shì)求解中出�；贒G TFET器件的電勢(shì)模型,運(yùn)用Kane's求解出DG TFET器件的電流。由于DG TFET器件的隧穿結(jié)附近,存在著強(qiáng)電場(chǎng),可能產(chǎn)生界面缺陷電荷。為此,文中分析了DG TFET器件的界面缺陷電荷效應(yīng),建立了含有移動(dòng)電荷和界面缺陷電荷的DG TFET器件的電勢(shì)模型,并求解了閾值電壓。文中運(yùn)用SILVACO軟件,分別仿真了DDPG MOSFET器件的亞閾值電勢(shì)、亞閾值電流、閾值電壓以及DG TFET器件的電勢(shì)、電流、閾值電壓。并將軟件仿真結(jié)果與模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比對(duì)。結(jié)果表明,兩種器件的模型都能很好的反映出各自器件的特性,并且精度比較高,運(yùn)算量比較小,而且還避免了數(shù)值分析時(shí)各參數(shù)之間物理意義不夠明確的不足。
【關(guān)鍵詞】：半解析法 電勢(shì) 電流 DDPG MOSFET DG TFET
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN386
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-23
• 1.1 納米器件的發(fā)展現(xiàn)狀9-14
• 1.1.1 新型納米MOSFET器件的發(fā)展現(xiàn)狀9-12
• 1.1.2 新型納米TFET器件的發(fā)展現(xiàn)狀12-14
• 1.2 納米器件模型的研究現(xiàn)狀14-20
• 1.2.1 納米MOSFET器件模型的研究現(xiàn)狀17-20
• 1.2.2 納米TFET器件模型的研究現(xiàn)狀20
• 1.3 半解析模型的理論依據(jù)20-21
• 1.4 本文的主體結(jié)構(gòu)與內(nèi)容安排21-23
• 第2章 DDPG MOSFET器件的射頻特性研究23-36
• 2.1 DDPG MOSFET器件結(jié)構(gòu)23-24
• 2.2 DDPG MOSFET器件的瞬態(tài)特性分析24-26
• 2.2.1 DDPG MOSFET器件的開關(guān)特性分析24
• 2.2.2 DDPG MOSFET器件的驅(qū)動(dòng)能力分析24-26
• 2.3 DDPG MOSFET器件的小信號(hào)等效電路NQS模型26-28
• 2.4 結(jié)果分析與討論28-35
• 2.5 本章小結(jié)35-36
• 第3章 DDPG MOSFET器件的電勢(shì)模型及亞閾值電流分析36-59
• 3.1 DDPG MOSFET器件的電勢(shì)模型36-51
• 3.1.1 基于拋物線的DDPG MOSFET電勢(shì)模型36-40
• 3.1.2 基于半解析法的DDPG MOSFET電勢(shì)模型40-51
• 3.2 DDPG MOSFET器件的亞閩值電流模型51-52
• 3.3 結(jié)果分析與討論52-58
• 3.4 本章小結(jié)58-59
• 第4章 DG TFET器件的電勢(shì)模型及電流分析59-77
• 4.1 DG TFET的器件結(jié)構(gòu)60-61
• 4.2 DG TFET器件的電勢(shì)模型61-67
• 4.2.1 基于拋物線的DG TFET器件電勢(shì)模型61-63
• 4.2.2 基于半解析法的DG TFET器件電勢(shì)模型63-67
• 4.3 DG TFET器件的漏極電流模型67-69
• 4.4 結(jié)果分析與討論69-75
• 4.5 本章小結(jié)75-77
• 第5章 DG TFET器件界面電荷效應(yīng)的研究77-92
• 5.1 DG TFET的器件結(jié)構(gòu)78-79
• 5.2 DG TFET器件的電勢(shì)模型79-83
• 5.3 DG TFET器件的閾值電壓模型83-84
• 5.4 結(jié)果分析與討論84-91
• 5.5 本章小結(jié)91-92
• 第6章 總結(jié)92-94
• 6.1 本文總結(jié)92-93
• 6.2 對(duì)后續(xù)工作的展望93-94
• 參考文獻(xiàn)94-114
• 致謝114-115
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文11

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