【摘 要】
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随着器件尺寸的不断缩小,栅极氧化层厚度也不断减小,这导致器件的栅极泄露电流迅速增大,从而影响器件的静态功耗、可靠性以及工作性能。因此,减小栅极隧穿电流是十分重要的。本文
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随着器件尺寸的不断缩小,栅极氧化层厚度也不断减小,这导致器件的栅极泄露电流迅速增大,从而影响器件的静态功耗、可靠性以及工作性能。因此,减小栅极隧穿电流是十分重要的。本文从器件结构和栅介质两个方面入手来减小栅极隧穿电流:器件结构方面,主要围绕长沟道圆柱围栅MOSFET器件进行论述;栅介质方面,主要围绕高κ材料进行讨论。文中主要讨论了圆柱围栅结构MOSFET器件的栅极直接隧穿电流。分别建立了长沟道高κ圆柱围栅MOSFET器件栅极直接隧穿电流的解析模型和长沟道高κ栅栈结构圆柱围栅MOSFET器件栅极直接隧穿电流的解析模型。从前者得到的结论是:直接隧穿电流主要是表面势的函数,表面势主要取决于等效氧化层厚度,因此,直接隧穿电流也主要取决于等效氧化层厚度,沟道半径对其影响很小;当等效氧化层厚度为1nm时,采用HfO2栅介质与传统SiO2相比,栅极直接隧穿电流可以减小4个数量级。从后者得到的结论是:栅极直接隧穿电流主要取决于栅栈的等效氧化层厚度,沟道半径对栅极直接隧穿电流无影响;增大栅栈中SiO2层的厚度或者高κ层的物理厚度都可以减小栅极的直接隧穿电流,且高κ层的物理厚度稍有变化,对栅极直接隧穿电流影响非常大;当栅栈结构的等效氧化层厚度保持不变时,SiO2层的厚度越小,栅极直接隧穿电流就越小;当栅栈结构的等效氧化层厚度保持不变时,栅极选用的高κ层材料的介电常数较大,栅极直接隧穿电流就越小。综上所述,本文在长沟道圆柱围栅MOSFET器件结构的基础上,分别建立了高κ栅以及高κ栅栈结构器件的栅极直接隧穿电流的解析模型,此外,三维器件仿真工具ISE的数值计算结果也与模型结果进行了对比,两者结果吻合一致,进而验证了所建立解析模型的正确性。
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