论文部分内容阅读
传统的平面金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）的比例缩小到达20nm时，面临的不仅仅是技术上的困难，还有短沟道效应（short channel effects, SCE）、量子隧穿引起的栅极和结点泄漏电流、高的体掺杂引起阈值电压变化以及载流子迁移率衰减所带来的限制。非传统的多栅结构器件比如双栅（double-gate, DG）MOSEFTs、环栅（surrounding-gate, SG）MOSFETs对沟道电荷有很好的控制能力，降低短沟道效应，改善亚阈值斜率（Sub-threshold slope, SS）退化和漏致势垒降低效应，是平面MOSFETs进入低于20nm技术阶段以后的替代选择。本论文重点研究讨论这两种非传统MOSFETs（即是双栅和环栅MOSFETs）的建模以及TCAD仿真。为了更深入地理解半导体器件的建模和仿真，介绍了多栅晶体管的比例缩小尺寸引起的短沟道问题以及反型层电容。由于体反型（volume inversion）效应的存在，薄层电荷近似不再适用于多栅（multiple-gate，MG）MOSFETs。文章回顾了完整的长沟道对称DG和SG MOSFETs的非薄层电荷漏电流解析模型。通过一些合理的近似，可以把DG和SGMOSFETs模型推广到所有类型的MG MOSFETs。采用Silvaco TCAD数值仿真工具，改变不同的物理参数，对DG和SG MOSFETs仿真，并分析结果。给出长沟道掺杂DG MOSFETs的静电表面电势的表达式。给出精确的长沟道DGMOSFETs的隐含反型层电荷表达式。基于反型电荷的求解，在掺杂浓度从1014cm3到1018cm3的范围内，给出DG MOSFETs基于电荷的漏电流模型，并且和二维数值仿真结果对比。仿真结果表明在不同物理参量变化的条件下，本文建立的模型的结果和数值仿真结果有比较好的一致性，适用于嵌入到电路模拟器。