一种精确求解超薄栅NMOS器件隧穿电流的模型

提出了一种精确求解隧穿电流的模型。通过自洽求解一维薛定谔方程和泊松方程,得到NMOS器件的半导体表面电势分布、反型层二维电子气的量子化能级以及对应的载流子浓度分布。为计算隧穿电流,采用了多步势垒逼近方法计算栅氧化物势垒层的隧穿几率,从而避免了WKB方法在突变边界处波函数不连续带来的缺陷。通过考虑(100)Si衬底的导带多能谷效应和栅极多晶硅耗尽效应,讨论了不同栅氧化层厚度下隧穿电流与栅压的依赖关系。模拟结果与实验数据吻合。     

超薄栅介质MOSFET直接隧穿电流自洽解模型

采用自洽解方法求解一维薛定谔方程和二维泊松方程,得到电子的量子化能级和相应的浓度分布,利用MWKB方法计算电子隧穿几率,从而得到不同栅偏置下超薄栅介质MOSFET的直接隧穿电流模型。一维模拟结果与实验数据十分吻合,表明了模型的准确性和实用性。二维模拟结果表明,低栅压下,沟道边缘隧穿电流远大于沟道中心隧穿电流,沟道各处的隧穿电流均大于一维模拟结果;高栅压下,隧穿电流在沟道的分布趋于一致,且逼近一维模拟结果。     

超薄栅氧化层中的软击穿的击穿机理和击穿模型

软击穿是与氧化层质量密切相关的一种新的击穿形式。当氧化层厚度小于5nm时,软击穿效应显著,是超薄栅氧化层的主要失效机理。通过对国外软击穿研究状况的分析,对超薄栅氧化层中软击穿的失效模型和机理进行了综述。     

利用直接隧穿弛豫谱技术对超薄栅MOS结构中栅缺陷的研究

给出了超薄栅MOS结构中直接隧穿弛豫谱(DTRS)技术的细节描述,同时在超薄栅氧化层(＜3nm)中给出了该技术的具体应用.通过该技术,超薄栅氧化层中明显的双峰现象被发现,这意味着在栅氧化层退化过程中存在着两种陷阱.更进一步的研究发现,直接隧穿应力下超薄栅氧化层(＜3nm)中的界面/氧化层陷阱的密度以及俘获截面小于FN 应力下厚氧化层(＞4nm)中界面/氧化层陷阱的密度和俘获截面,同时发现超薄氧化层中氧化层陷阱的矩心更靠近阳极界面.     

利用直接隧穿弛豫谱技术对超薄栅MOS结构中栅缺陷的研究

给出了超薄栅MOS结构中直接隧穿弛豫谱(DTRS)技术的细节描述,同时在超薄栅氧化层(＜3nm)中给出了该技术的具体应用.通过该技术,超薄栅氧化层中明显的双峰现象被发现,这意味着在栅氧化层退化过程中存在着两种陷阱.更进一步的研究发现,直接隧穿应力下超薄栅氧化层(＜3nm)中的界面/氧化层陷阱的密度以及俘获截面小于FN 应力下厚氧化层(＞4nm)中界面/氧化层陷阱的密度和俘获截面,同时发现超薄氧化层中氧化层陷阱的矩心更靠近阳极界面.     

超薄栅氧MOS器件传统关态栅泄漏电流研究

理论分析了MOSFET关态泄漏电流产生的物理机制,深入研究了栅氧化层厚度为1.4nm MOSFET传统关态下边缘直接隧穿栅泄漏现象.结果表明：边缘直接隧穿电流服从指数变化规律;传统关态下边缘直接隧穿对长沟道器件的影响大于短沟道器件;衬底反偏在一定程度上减小边缘直接隧穿泄漏电流.     

高k栅介质MOSFET的栅电流模型

提出了包括有限势垒高度下反型层量子化效应以及多晶硅耗尽效应在内的直接隧穿电流模型 .在该模型的基础上 ,研究了采用不同高介电常数栅介质材料时MOSFET的栅电流与介质材料的介电常数、禁带宽度及和Si导带不连续等参数之间的关系 .所获得的结果能够为新型栅介质材料的选取提供依据 .     

高k栅介质MOSFET的栅电流模型

提出了包括有限势垒高度下反型层量子化效应以及多晶硅耗尽效应在内的直接隧穿电流模型.在该模型的基础上,研究了采用不同高介电常数栅介质材料时MOSFET的栅电流与介质材料的介电常数、禁带宽度及和Si导带不连续等参数之间的关系.所获得的结果能够为新型栅介质材料的选取提供依据.     

高k栅介质MOSFET的栅电流模型

提出了包括有限势垒高度下反型层量子化效应以及多晶硅耗尽效应在内的直接隧穿电流模型.在该模型的基础上,研究了采用不同高介电常数栅介质材料时MOSFET的栅电流与介质材料的介电常数、禁带宽度及和Si导带不连续等参数之间的关系.所获得的结果能够为新型栅介质材料的选取提供依据.     

深亚微米MOS器件中栅介质层的直接隧穿电流

在WKB近似的理论框架下,提出了一个MOS器件中栅介质层直接隧穿电流的模型.在这个模型中,空穴量子化采用了一种改进的单带有效质量近似方法,这种方法考虑了价带的混合效应.通过与试验结果的对比,证明了这个模型可以适用于CMOS器件中电子和空穴的隧穿电流.还研究了介质层能隙中的色散对隧穿电流的影响.这个模型还可以进一步延伸到对未来高介电常数栅介质层中隧穿电流的研究.     

全电流模型的比例差分特性

用比例差分算符 (PDO)方法研究了长沟 MOSFET在各个工作区域 (亚阈区和饱和区 )的比例差分特性 .利用 PDO方法研究全电流 Pao- Sah双积分模型 ,结果发现源漏电流的比例差分特性在所有的工作区域内都有谱峰特性 ,其峰值和峰位与 MOSFET的电学参数 (如有效迁移率、热电势和阈值电压等 )直接相关 .利用 PDO方法可以避免冗繁地计算双积分公式 ,并可以容易地提取出重要的 MOSFET电学参数     

MOSFET栅氧泄漏隧穿电流的分析模型:量子力学研究(英文)

研发了一种通过MOSFET的超薄栅氧化物分析直接隧穿电流密度的模型。采用Wentzel-Kramers-Brilliouin(WKB)近似计算了隧穿概率,利用清晰的表面势方程改进模型的准确性。在研究模型中考虑了Si衬底中反型层的量子化和多晶硅栅耗尽,还研究了多晶硅掺杂对栅氧化层隧穿电流的影响。仿真结果表明,栅氧化层隧穿电流随多晶硅栅掺杂浓度的增加而增加。该结论与已报道的结果相吻合,从而证明了该模型的正确性。     

考虑量子力学效应的超薄栅氧nMOSFET's直接隧穿电流二维模型

研究了超薄栅氧MOS器件的直接隧穿(direct tunneling,DT)电流模型问题.利用修正的WKB近似方法(modified WKB,MWKB)得到电子隧穿栅氧的几率,利用修正的艾利函数(modified Airy function,MAF)方法计算得到在高电场条件下载流子的量子化能级,从而计算出在不同偏置条件下的DT电流.模型实现了nMOSFET's栅隧穿电流的二维模拟,可以模拟在不同栅漏偏置条件下的器件工作情况,具有较广泛的适用性.通过对比表明,本模型能够与实验结果很好地吻合,且速度明显优于数值方法.利用模型可很好地对深亚微米MOS器件的栅电流特性进行预测.     

超薄氧化层中的中性陷阱对隧穿电流的影响和应变诱导漏电流

用数值分析的方法讨论了中性陷阱对超薄场效应晶体管(MOSFET )隧穿电流的影响.中性陷阱引起势垒的变化在二氧化硅的导带中形成一个方形的势阱.对于不同的势垒变化,计算了电子隧穿氧化层厚度为4nm的超薄金属氧化物半导体结构的电流.结果表明,中性陷阱对隧穿电流的影响不能被忽略,中性陷阱的存在使隧穿电流增加,并且通过这个简单的模型能够理解应变诱导漏电流的产生机制.     

高k纳米MOSFET的关态泄漏电流的研究

对纳米MOSFET关断态的栅电流、漏电流和衬底电流进行了模拟,指出边缘直接隧穿电流(IEDT)远远大于传统的栅诱导泄漏电流(IGIDL)、亚阈区泄漏电流(ISUB)及带间隧穿电流(IBTBT)。对50 nm和90 nm MOSFET器件的Id-Vg特性进行了比较,发现在高Vdd下,关态泄漏电流(Ioff)随IEDT的增加而不断增大,并且器件尺寸越小,Ioff越大。高k栅介质能够减小IEDT,进而减小了Ioff,其中HfSiON、HfLaO可以使边缘隧穿电流减小2～5个数量级且边缘诱导的势垒降低(FIBL)效应很小。但当栅介质的k>25以后,由于FIBL效应,关态泄漏电流反而增大。     

SOI CMOS器件研究

利用0.35μm工艺条件实现了性能优良的小尺寸全耗尽的器件硅绝缘体技术(SOI)互补金属氧化物半导体(FD SOI CMOS)器件,器件制作采用双多晶硅栅工艺、低掺杂浓度源/漏(LDD)结构以及突起的源漏区。这种结构的器件防止漏的击穿,减小短沟道效应(SCE)和漏感应势垒降低效应(DIBL);突起的源漏区增加了源漏区的厚度并减小源漏区的串联电阻,增强了器件的电流驱动能力。设计了101级环形振荡器电路,并对该电路进行测试与分析。根据在3V工作电压下环形振荡器电路的振荡波形图,计算出其单级门延迟时间为45ps,远小于体硅CMOS的单级门延迟时间。