14 nm FinFET栅围寄生电容的建模与拟合

提出了一种基于保角映射方法的14 nm鳍式场效应晶体管(FinFET)器件栅围寄生电容建模的方法。对FinFET器件按三维几何结构划分寄生电容的种类,再借助坐标变换推导出等效电容计算模型,准确表征了不同鳍宽、鳍高、栅高和层间介质材料等因素对寄生电容的依赖关系。为了验证该寄生电容模型的准确性,对不同结构参数的寄生电容进行三维TCAD仿真。结果表明,模型计算结果与仿真结果的拟合度好,准确地反映了器件结构与寄生电容之间的依赖关系。     

FinFET工艺对MOS器件辐射效应的影响北大核心CSCD

基于商用工艺线生产抗辐射器件具有一定的通用性,需要对商用工艺本征的抗辐射能力进行评估。综述了当前最新绝缘体上硅鳍式场效应晶体管(SOI FinFET)和体硅FinFET工艺的鳍宽和敏感面积对辐射效应的影响。SOI FinFET和体硅FinFET工艺的抗总剂量能力随着鳍宽的变化呈现相反的趋势。SOI FinFET的阈值电压漂移和亚阈值摆幅的退化随着鳍宽减小而减小,而体硅FinFET工艺的漏电流随着鳍宽减小而增大。FinFET工艺由于其自身结构的特点,与相同工艺节点下的平面工艺相比,敏感面积更小,抗单粒子翻转能力更好。从整体趋势来看,随着工艺节点的减小,FinFET工艺的本征抗总剂量能力较为可观,而本征抗单粒子翻转能力较差。     

FinFET纳电子学与量子芯片的新进展

综述了后摩尔时代中两大发展热点:鳍式场效应晶体管(FinFET)纳电子学和基于量子计算新算法的量子芯片的发展历程和近两年的最新进展。在FinFET纳电子学领域,综述并分析了当今Si基互补金属氧化物半导体(CMOS)集成电路的发展现状,包括FinFET的发展、10 nm和7 nm技术节点的量产、5 nm和3 nm技术节点的环栅场效应晶体管(GAAFET)和2 nm技术节点的负电容场效应晶体管(FET)的前瞻性技术研究以及非Si器件(InGaAs FinFET、WS2和MoS2两种2D材料的FET)的探索性研究。指出继续摩尔定律的发展将以Si基FinFET和GAAFET的技术发展为主。在量子芯片领域,综述并分析了超导、电子自旋、光子、金刚石中的氮空位中心和离子阱等五种量子比特芯片的发展历程,提高相干时间、固态化及多量子比特扩展等的技术突破,以及近几年在量子信息应用的新进展。基于Si基的纳米制造技术和新的量子计算算法的结合正加速量子计算向工程化的进展。     

考虑背栅偏置的FOI FinFET电流模型

建立了绝缘体上鳍(FOI)鳍式场效应晶体管(FinFET)的电流模型,通过推导出背栅对前栅的耦合系数,使电流模型可以预测背栅电压对沟道电流的影响。该模型可以较为精准地预测实验数据和TCAD仿真结果,并且对于FOI FinFET的鳍宽和侧壁倾斜角等几何参数有较宽的适用范围。通过提取耦合系数,证明了背栅对前栅的耦合效应将随着鳍宽和侧壁倾角的增大而增强,而鳍底部的夹角对沟道的影响可以忽略。所提出的模型可以用于建立BSIM模型,指导设计者优化器件性能,以及进行背栅偏置的低功耗集成电路设计。     

FinFET/GAAFET纳电子学与人工智能芯片的新进展

集成电路在后摩尔时代的发展呈现出多模式创新的特点.综述了后摩尔时代中两大创新发展热点,即鳍式场效应晶体管/环绕栅场效应晶体管(FinFET/GAAFET)纳电子学和基于深度学习新算法的人工智能(AI)芯片,并介绍了其发展历程和近两年的最新进展.在FinFET/GAAFET纳电子学领域,综述并分析了当今Si基CMOS集成...     

FinFET/GAAFET纳电子学与人工智能芯片的新进展(续)

集成电路在后摩尔时代的发展呈现出多模式创新的特点.综述了后摩尔时代中两大创新发展热点,即鳍式场效应晶体管/环绕栅场效应晶体管(FinFET/GAAFET)纳电子学和基于深度学习新算法的人工智能(AI)芯片,并介绍了其发展历程和近两年的最新进展.在FinFET/GAAFET纳电子学领域,综述并分析了当今Si基CMOS集成...     

FinFET芯片TEM样品制备及避免窗帘效应方法

制备高质量纳米尺度芯片透射电子显微镜(TEM)样品对于探索半导体器件结构设计、材料分布与芯片性能之间的关系具有重要的意义。使用聚焦离子束(FIB)/扫描电子显微镜(SEM)双束系统制备14 nm鳍式场效应晶体管(FinFET)截面TEM样品,制备过程中从技术角度提出了两种自下而上制样方案来抑制窗帘效应。为扩大样品的可表征视场范围,在避免样品弯曲的前提下,提出了一种薄片提取方法。结果表明,离子束流越大,窗帘效应越严重,自下而上方法能有效规避窗帘效应;离子束电压30 kV时采用清洗截面(CCS)模式、5 kV/2 kV时采用矩形模式,样品台倾斜补偿角度为1.5°～3.5°,进行交叉减薄,且最终铣削长度控制在1μm时减薄效果最好;新的薄片提取方法改变了样品的铣削方向,在避免窗帘效应破坏感兴趣结构和样品弯曲的前提下,将样品的可表征视场范围扩大了5倍。研究结果对优化TEM样品制备方法以及芯片失效分析提供了参考。     

绝缘体上硅FinFET亚阈值摆幅研究

在新型多栅器件栅电容模型的研究中,量子电容随着沟道长度及栅氧化层厚度的不断减小而变得越发不可忽略。推导了基于绝缘体上硅(SOI)工艺技术的鳍式场效应晶体管(FinFET)的量子电容,并通过构建囊括量子电容的内部电容网络模型推导了亚阈值摆幅。采用Matlab软件,仿真验证了量子电容对亚阈值摆幅的影响。提出了亚阈值摆幅的优化方法,为如何选取合适的器件尺寸来优化某个特定设计目标的性能提供了指导。     

金属栅/高k基FinFET研究进展

对比传统的平面型晶体管,总结了三维立体结构FinFET器件的结构特性。结合MOS器件栅介质材料研究进展,分别从纯硅基、多晶硅/高k基以及金属栅/高k基三个阶段综述了Fin-FET器件的发展历程,分析了各阶段FinFET器件的材料特性及其在等比缩小时所面临的关键问题,并着重从延迟时间、可靠性和功耗三方面分析了金属栅/高k基FinFET应用于22 nm器件的性能优势。基于短沟道效应以及界面态对器件性能的影响,探讨了FinFET器件尺寸等比缩小可能产生的负面效应及其解决办法。分析了FinFET器件下一步可能的发展方向,主要为高迁移率沟道材料、立体型栅结构以及基于新原理的电子器件。     

新型无结型晶体管特性仿真及性能优化设计

随着晶体管特征尺寸缩小至10 nm以下,传统Si基MOSFET面临诸多挑战,而新型沟道材料和器件结构将有望进一步提升器件性能。基于绝缘体上锗衬底的无结型晶体管(GOI-JLT)制作工艺简单、电学特性优良,有望在空间电子系统中应用。利用TCAD仿真软件Sentaurus,研究了GOI-JLT的电学特性,提出一种通过调节沟道掺杂分布来优化器件性能的方法。仿真结果表明,沟道采用高斯掺杂分布,能显著降低器件关态漏电流(降低约三个数量级),提高开关比(提高约三个数量级),抑制短沟道效应。     

A novel GAAC FinFET transistor: device analysis, 3D TCAD simulation, and fabrication

We report the analysis and TCAD results of a gate-all-around cylindrical (GAAC) FinFET with operation based on channel accumulation. The cylindrical channel of the GAAC FinFET is essentially controlled by an infinite number of gates surrounding the cylinder-shaped channel. The symmetrical nature of the field in the channel leads to improved electrical characteristics, e.g. reduced leakage current and negligible corner effects. The Ion/Ioff ratio of the device can be larger than 106, as the key parameter for device operation. The GAAC FinFET operating in accumulation mode appears to be a good potential candidate for scaling down to sub-l0 nm sizes.     

一种新型的圆柱体全包围栅结型场效应管体管： 器件物理, 器件仿真, 器件工艺

We report the analysis and TCAD results of a gate-all-around cylindrical （GAAC） FinFET with operation based on channel accumulation. The cylindrical channel of the GAAC FinFET is essentially controlled by an infinite number of gates surrounding the cylinder-shaped channel. The symmetrical nature of the field in the channel leads to improved electrical characteristics, e.g. reduced leakage current and negligible corner effects. The Ion/Ioff ratio of the device can be larger than 106, as the key parameter for device operation. The GAAC FinFET operating in accumulation mode appears to be a good potential candidate for scaling down to sub-10 nm sizes.     

新型纳米尺寸MOSFET器件的模拟和设计

在半导体器件的研制过程中,用计算机数值模拟取代测量方法来优化设计器件的性能参数,则器件的调试周期将显著缩短,费用将大幅度降低。本文简述了新型纳米尺寸MOSFET器件模拟的主要物理模型和数值方法,阐述MOSFET相关器件模拟的国内外研究动态,判断其发展趋势和研究方向。     

Analytical threshold voltage and subthreshold swing model for TMG FinFET

An analytical modelling of the subthreshold surface potential, threshold voltage (V_T) and subthreshold swing (SS) for a triple material gate (TMG) FinFET is presented. The basis of the 3D solution is two separate 2D solutions. The FinFET is separated into two 2D structures: asymmetric triple material double gate (TMDG) and symmetric TMDG MOSFETs. Their potential distributions are obtained by solving the corresponding 2D Poisson’s equations. The potential distribution in TMG FinFET is obtained by a parameter-weighted sum of the two 2D solutions. Utilising the concept of minimum source barrier as the leakiest channel path, the minimum value of the surface potential is developed from the potential model. This leads to the derivations for the threshold voltage and SS. Furthermore, the effects of variation in gate work function and gate length are investigated for analytically developed SS and V_T models. Our models are validated against TCAD Sentaurus-simulated results and found to be quite accurate.     

关于短沟道双栅无结型晶体管的仿真研究

We study the characteristics of short channel double-gate(DG) junctionless(JL) FETs by device simulation. OutputⅠ-Ⅴcharacteristic degradations such as an extremely reduced channel length induced subthreshold slope increase and the threshold voltage shift due to variations of body doping and channel length have been systematically analyzed.Distributions of electron concentration,electric field and potential in the body channel region are also analyzed.Comparisons with conventional inversion-mode(IM) FETs,which can demonstrate the advantages of JL FETs,have also been performed.     

基于TCAD软件的单层多晶EEPROM器件模拟分析

利用TCAD软件对单层多晶EEPROM器件特性进行了模拟分析,介绍了单层多晶EEPROM存储单元结构与原理的基础,针对TCAD软件中模拟分析单层多晶EEPROM器件特性时存在的困难,提出了一种两个MOS管外加电阻的等效模型来替代单层多晶EEPROM存储单元结构进行等效模拟.通过编程模拟了单层多晶EEPROM器件性能,模拟分析得到的特性曲线与理论曲线能较好吻合,验证了等效模型方案的可行性.     

一种新型探地雷达天线的设计分析

该文研究了一种近似椭圆结构的超宽带偶极子天线。通过设计沿着振子向末端方向渐变的导体臂,可以有效地减小天线末端电流的反射,改善天线的输入阻抗特性,拓宽天线的带宽。由于没有采用任何加载措施,此天线相比电阻加载宽带天线具有更高的效率。采用三维电磁仿真软件对天线进行了分析和设计,根据设计结果实际制作了一副天线样机,并对其电压驻波比和辐射特性进行了测试,测试结果与仿真设计结果吻合良好。仿真结果和实验测试结果表明,该天线在很宽的工作频带内具有良好的阻抗特性和辐射特性。