场引晶体管理论:Ⅺ.双极电化电流(薄及厚、纯及不纯基体,单及双MOS栅极)

场引晶体管本质双极,包括电子和空穴表面和体积沟道和电流,一或多个外加横向控制电场.自1952年Shockley发明,55年来它被认为单极场引晶体管,因电子电流理论用多余内部和边界条件,不可避免忽略空穴电流.多余条件,诸如电中性和常空穴电化电势,导致仅用电子电流算内部和终端电学特性的错误解.当忽略的空穴电流与电子电流可比,可在亚阈值区和强反型区,错误解有巨大误差.本文描述普适理论,含有电子和空穴沟道和电流.用z轴宽度方向均匀的直角平行六面体(x,Y,z)晶体管,薄或厚、纯或杂基体,一或二块MOS栅极,描述两维效应及电势、电子空穴电化电势的正确内部和边界条件.没用多余条件,导出四种常用MOS晶体管,直流电流电压特性完备解析方程:半无限厚不纯基上一块栅极(传统的Bulk MOSFET),与体硅以氧化物绝缘的不纯硅薄层上一块栅极(SOI),在沉积到绝缘玻璃的不纯硅薄层上一块栅极(SOI TFT),和薄纯基上两块栅极(FinFETs).     

场引晶体管理论:Ⅺ.双极电化电流(薄及厚、纯及不纯基体,单及双MOS栅极)

场引晶体管本质双极,包括电子和空穴表面和体积沟道和电流,一或多个外加横向控制电场.自1952年Shockley发明,55年来它被认为单极场引晶体管,因电子电流理论用多余内部和边界条件,不可避免忽略空穴电流.多余条件,诸如电中性和常空穴电化电势,导致仅用电子电流算内部和终端电学特性的错误解.当忽略的空穴电流与电子电流可比,可在亚阈值区和强反型区,错误解有巨大误差.本文描述普适理论,含有电子和空穴沟道和电流.用z轴宽度方向均匀的直角平行六面体(x,Y,z)晶体管,薄或厚、纯或杂基体,一或二块MOS栅极,描述两维效应及电势、电子空穴电化电势的正确内部和边界条件.没用多余条件,导出四种常用MOS晶体管,直流电流电压特性完备解析方程:半无限厚不纯基上一块栅极(传统的Bulk MOSFET),与体硅以氧化物绝缘的不纯硅薄层上一块栅极(SOI),在沉积到绝缘玻璃的不纯硅薄层上一块栅极(SOI TFT),和薄纯基上两块栅极(FinFETs).     

双极场引晶体管:III.短沟道电化电流理论（双MOS栅纯基）

本文描述双极场引晶体管(BiFET)短沟道理论. 晶体管分成两个区域,源区和漏区. 每区在特定外加端电压下既可为电子或空穴发射区又可为电子或空穴收集区. 把两维无缺陷Shockley方程分离为两个以表面势为参变量的一维方程,并运用源区和漏区界面处电子电流和空穴电流连续性,得到在源区和漏区内解析方程. 典型BiFET包括薄纯基上两个等同金属氧化物硅（MOS）栅. 用图形提供实用硅基和氧化层厚度范围内,随直流电压变化,输出和转移电流和电导总量,电子沟道与空穴沟道分量,和两区电学长度.报道前没考虑沟道缩短的偏差。     

双极场引晶体管:Ⅳ.短沟道飘移扩散理论(双MOS栅纯基)

本文描述双极场引晶体管(BiFET)短沟道解析理论,用解析理论分别计算飘移扩散电流.上月文章用单项电化电流描述飘移扩散电流.正如那篇文章里,两维晶体管分成两个区域,源区和漏区.每区在特定外加端电压下既可为电子或空穴发射区又可为电子或空穴收集区.把两维无缺陷Shockley方程分离为两个以表面势为参变量的一维方程,并运用源区和漏区界面处电子电流和空穴电流连续性,得到在源区和漏区内解析方程.典型BiFET包括薄纯基上两个等同金属氧化物硅(MOS)栅.用图形提供实用硅基和氧化层厚度范围内,随直流电压变化,输出和转移电流和电导总量,电子沟道与空穴沟道飘移扩散分量,和两区电学长度.描述两区短沟道理论相对一区长沟道理论偏差.     

双极场引晶体管:Ⅲ.短沟道电化电流理论(双MOS栅纯基)

本文描述双极场引晶体管(BiFET)短沟道理论.晶体管分成两个区域,源区和漏区.每区在特定外加端电压下既可为电子或空穴发射区又可为电子或空穴收集区.把两维无缺陷Shockley方程分离为两个以表面势为参变量的一维方程,并运用源区和漏区界面处电子电流和空穴电流连续性,得到在源区和漏区内解析方程.典型BiFET包括薄纯基上两个等同金属氧化物硅(MOS)栅.用图形提供实用硅基和氧化层厚度范围内,随直流电压变化,输出和转移电流和电导总量,电子沟道与空穴沟道分量,和两区电学长度.报道前没考虑沟道缩短的偏差.     

双极场引晶体管:V.双极电化电流理论（双MOS栅纯基）

本文报告用双极场引晶体管（BiFET）电化电流解析理论计算的内禀结构直流特性,晶体管有两块等同MOS栅,纳米厚度纯硅基,没有产生复合和俘获.用交叉双路或Z形单路递归循环算法,很快得到三个势变量的数字解：静电势,电子和空穴电化学势,从而算出电子和空穴表面和体积沟道电流.三种势边界条件主导地影响内禀结构直流特性,用20个量级跨度电流说明.（10-22-10-2A/□,迁移率400cm^2/（V.s） ,1.5nm厚栅氧化层,30nm厚纯基）强表面沟道内载流子空间电荷限制飘移电流起主导作用,除此以外理论上还观察到,体积沟道物理夹断导致经典飘移电流饱和,因德拜长度（25μm）远大于器件尺寸（25nm） ,纯基内少量电子和空穴载流子屏蔽消失导致纯基内体积沟道完全切断.这种切断是从在1952Shockley结栅场引晶体管理论中描述的非纯基体积沟道物理夹断推理而来.     

双极场引晶体管:IV.短沟道飘移扩散理论（双MOS栅纯基）

本文描述双极场引晶体管(BiFET)短沟道解析理论,用解析理论分别计算飘移扩散电流.上月文章用单项电化电流描述飘移扩散电流.正如那篇文章里,两维晶体管分成两个区域,源区和漏区.每区在特定外加端电压下既可为电子或空穴发射区又可为电子或空穴收集区.把两维无缺陷Shockley方程分离为两个以表面势为参变量的一维方程,并运用源区和漏区界面处电子电流和空穴电流连续性,得到在源区和漏区内解析方程.典型BiFET包括薄纯基上两个等同金属氧化物硅(MOS)栅.用图形提供实用硅基和氧化层厚度范围内,随直流电压变化,输出和转移电流和电导总量,电子沟道与空穴沟道飘移扩散分量,和两区电学长度.描述两区短沟道理论相对一区长沟道理论偏差.     

双极场引晶体管:VI.CMOS电压倒相电路(双MOS栅纯基)

本文报告了硅互补金属氧化层硅（CMOS）电压倒相电路的直流稳态电压和电流转移特性和功率耗散. 这电路用一只实际的﹑纳米尺度的双极场引晶体管(BiFET)实现. 通过数字求解五个偏微分方程,可获得这些电学特性. 方程是基于这种器件结构：在薄纯硅基层的两表面上各有一个MOS栅,在这薄基的两端都有电子和空穴接触. 内部条件和CMOS边界条件用于三种势（静电势和电子及空穴电化学势）. 用一台装有Windows XP-PRO下的64位FORTRAN语言的双核个人计算机,快速地计算出一系列曲线.     

双极场引晶体管:Ⅲ.短沟道电化电流理论(双MOS栅纯基)

本文描述双极场引晶体管(BiFET)短沟道理论.晶体管分成两个区域,源区和漏区.每区在特定外加端电压下既可为电子或空穴发射区又可为电子或空穴收集区.把两维无缺陷Shockley方程分离为两个以表面势为参变量的一维方程,并运用源区和漏区界面处电子电流和空穴电流连续性,得到在源区和漏区内解析方程.典型BiFET包括薄纯基上两个等同金属氧化物硅(MOS)栅.用图形提供实用硅基和氧化层厚度范围内,随直流电压变化,输出和转移电流和电导总量,电子沟道与空穴沟道分量,和两区电学长度.报道前没考虑沟道缩短的偏差.     

双极场引晶体管:Ⅴ.双极电化电流理论(双MOS栅纯基)

本文报告用双极场引晶体管(BiFET)电化电流解析理论计算的内禀结构直流特性,晶体管有两块等同MOS栅,纳米厚度纯硅基,没有产生复合和俘获.用交叉双路或Z形单路递归循环算法,很快得到三个势变量的数字解:静电势,电子和空穴电化学势,从而算出电子和空穴表面和体积沟道电流.三种势边界条件主导地影响内禀结构直流特性,用20个量级跨度电流说明.(10-22～10-2 A/口,迁移率400cm2/(V·s),1.5nm厚栅氧化层,30nm厚纯基)强表面沟道内载流子空间电荷限制飘移电流起主导作用,除此以外理论上还观察到,体积沟道物理夹断导致经典飘移电流饱和,因德拜长度(25μm)远大于器件尺寸(25nm),纯基内少量电子和空穴载流子屏蔽消失导致纯基内体积沟道完全切断.这种切断是从在1952 Shockley结栅场引晶体管理论中描述的非纯基体积沟道物理夹断推理而来.     

场引晶体管双极理论:X.基本物理和理论（所有器件结构）

本文描述半导体场引晶体管器件物理和理论所用的根本原则,它适用电场中有两种载流子的器件.讨论边界条件对器件电流电压特性的重要性.作为例子,计算两种边界条件下的转移直流电压特性：电势边界给出很高、流进内禀晶体管、飘移限制抛物型电流,电化学势边界仿真电子和空穴接触,给出很低、越过势垒注入、扩散限制电流,具有理想、每量级60mV、指数型亚阈值区倾斜.双MOS栅薄纯基硅场引晶体管为典型结构.     

场引晶体管双极理论:Ⅹ.基本物理和理论(所有器件结构)

本文描述半导体场引晶体管器件物理和理论所用的根本原则,它适用电场中有两种载流子的器件.讨论边界条件对器件电流电压特性的重要性.作为例子,计算两种边界条件下的转移直流电压特性:电势边界给出很高、流进内禀晶体管、飘移限制抛物型电流,电化学势边界仿真电子和空穴接触,给出很低、越过势垒注入、扩散限制电流,具有理想、每量级60mV、指数型亚阈值区倾斜.双MOS栅薄纯基硅场引晶体管为典型结构.     

场引晶体管理论:Ⅻ.双极飘移扩散电流(薄及厚、纯及不纯基体,单及双MOS栅极)

上篇论文(Ⅺ)报告双极场引晶体管的电化电流理论,这篇论文(Ⅻ)报告飘移扩散理论.两篇都讨论了单栅双栅,纯基不纯基,薄基厚基的情形.两篇都用表面及内部电势作为参变量耦合电压方程和电流方程.在这飘移扩散理论中,有许多电流项,属飘移电流的用迁移率因子标识,属扩散电流的用扩散率因子标识.给出完备飘移扩散解析方程,用以计算四种常用MOS晶体管的直流电流电压特性.飘移电流有四项:一维体电荷漂移项,一维载子空间电荷漂移项,一维横向电场漂移项,二维漂移项.扩散电流有三项:一维体电荷扩散项,一维载子空间电荷扩散项,二维扩散项.现有的晶体管理论都没认识到一维横向电场漂移项.当基区几乎是纯基,这项贡献显著,约总电流的25%.二维项来自纵向电场的纵向梯度,它随德拜长度对沟道长度比率的平方按比例变化.当沟道长度为25nm,几乎纯基时,(LD/L)2=106,杂质浓度1018cm-3时,(LD/L)2=10-2.     

The Bipolar Field-Effect Transistor: ⅩⅢ. Physical Realizations of the Transistor and Circuits (One-Two-MOS-Gates on Thin-Thick Pure-Impure Base)

This paper reports the physical realization of the Bipolar Field-Effect Transistor (BiFET) and its one-transistor basic building block circuits. Examples are given for the one and two MOS gates on thin and thick, pure and impure base, with electron and hole contacts, and the corresponding theoretical current-voltage characteristics previously computed by us, without generation-recombination-trapping-tunneling of electrons and holes. These ex-amples include the one-MOS-gate on semi-infinite thick impure base transistor (the bulk transistor) and the impure-thin-base Silicon-on-Insulator (SOI) transistor and the two-MOS-gates on thin base transistors (the FinFET and the Thin Film Transistor TFT). Figures are given with the cross-section views containing the electron and hole concen-tration and current density distributions and trajectories and the corresponding DC current-voltage characteristics.