复合多晶硅栅MOSFET导通电阻和栅电容研究

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随着半导体技术的快速发展,为了提高集成电路的集成度,MOS器件的尺寸在不断地减小。虽然半导体器件尺寸的减小能够满足集成电路对于高集成度、大信息存储量的要求,却带来了各种各样的问题。一方面,对半导体器件的工艺水平提出了更高的要求;另一方面,产生了各种严重影响器件速度和性能的物理效应,如短沟道效应、热载流子效应等。为了解决和改善器件尺寸减小所带来的问题,研究人员不断地尝试和突破,寻找新材料、提出新结构和提高半导体加工工艺技术等。这些研究工作在半导体器件发展中起着关键性的作用,对未来半导体器件和集成电路的应用产生巨大的影响。   本文介绍的是复合多晶硅栅(Single Material Double Workfunction Gate:SMDWG) MOSFET。和普通多晶硅栅MOSFET不同之处主要体现在栅结构上,复合多晶硅栅MOSFET的栅极被分成两个部分,一部分进行P型掺杂,另一部分进行N型掺杂。复合多晶硅栅MOSFET比普通多晶硅栅MOSFET性能更佳,能够有效的抑制短沟道效应,减小热载流子效应,提高器件的驱动电流、跨导和截止频率。   复合多晶硅栅MOSFET的导通电阻和栅电容极大的影响了该器件的性能和应用。导通电阻减小了器件的开关速度和跨导,并且降低了器件电流驱动能力。栅电容不仅对器件的开关速度,还对器件的截止频率有很大的影响。因此,有必要对复合多晶硅栅MOSFET的导通电阻和栅电容进行研究。本文首先提出了MOS器件在发展中所遇到的一些问题以及国内外的研究现状。其次,对复合多晶硅栅MOSFET的基本结构和工艺进行了简单介绍,同时采用二维器件模拟软件MEDICI模拟了该器件的沟道表面电场、沟道表面电势、ID-VGS特性和ID-VDS特性。通过与普通多晶硅单栅MOSFET的比较,得出该器件在基本特性上的不同和优点。第三章首先介绍了导通电阻的组成和计算,然后用MEDICI模拟了复合多晶硅栅MOSFET的导通电阻随源漏电压、结深、栅氧层厚度、衬底掺杂浓度和栅长比的变化。得出,适当减小源栅长度、减小栅氧层厚度、增大结深以及减小衬底掺杂浓度有利于减小导通电阻。第四章首先介绍了栅电容的组成和计算,然后建立了一种基于表面势的复合多晶硅栅MOSFET的栅电容模型,并且用MEDICI进行模拟与验证,给出了栅电容等效电路图。最后,对本文工作进行了总结和展望。
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