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。     

双栅无结型场效应晶体管的设计与优化

利用三维数值仿真工具,对双栅无结型场效应晶体管进行了数值模拟,研究了沟道掺杂浓度深度分布对晶体管性能的影响,并对比分析了当沟道长度缩小到10nm及以下时器件的电学特性。仿真结果表明,相比于沟道为均匀掺杂分布的器件,具有中间低的沟道掺杂深度分布的双栅无结型场效应晶体管具有更优的开关电流比、漏致势垒降低、亚阈值斜率等电学性能和短沟道特性。     

双栅双应变沟道全耗尽SOI MOSFETs的特性分析

提出了一种全新的器件结构--双栅双应变沟道全耗尽SOI MOSFETs,模拟了沟道长度为25nm时器件的电学特性.工作在单栅模式下,应变沟道(Ge=0.3)驱动能力与体Si沟道相比,nMOS提高了43%,pMOS提高了67%;工作在双栅模式下,应变沟道(Ge=0.3)与体Si沟道相比较,驱动电流的提高nMOS为31%,pMOS为60%.仿真结果表明,双栅模式比单栅模式有更为陡直的亚阈值斜率,更高的跨导以及更强的抑制短沟道效应的能力.综合国内外相关报道,该结构可以在现今工艺条件下实现.     

双栅双应变沟道全耗尽SOI MOSFETs的特性分析

提出了一种全新的器件结构--双栅双应变沟道全耗尽SOI MOSFETs,模拟了沟道长度为25nm时器件的电学特性.工作在单栅模式下,应变沟道(Ge=0.3)驱动能力与体Si沟道相比,nMOS提高了43%,pMOS提高了67%;工作在双栅模式下,应变沟道(Ge=0.3)与体Si沟道相比较,驱动电流的提高nMOS为31%,pMOS为60%.仿真结果表明,双栅模式比单栅模式有更为陡直的亚阈值斜率,更高的跨导以及更强的抑制短沟道效应的能力.综合国内外相关报道,该结构可以在现今工艺条件下实现.     

短沟道铝栅CMOS器件及工艺研究

利用计算机模拟软件Tsuprem4、Medici以及流片实验开发了短沟道铝栅CM0S器件及其工艺流程.对铝栅1.5μm短沟道CMOS工艺进行器件结构、工艺和电气性能等参数的进行了大量的模拟和流片实验,最后在提出的工艺平台上成功流水了1.5μm铝栅CMOS流片测试的阈值电压为士O.6V,击穿达到11V,各项指标参数的模拟与实际测试误差在5%以内,器件的各项指标达到了量产的要求.     

无结场效应管——新兴的后CMOS器件研究进展

迄今为止,现有的晶体管都是基于PN结或肖特基势垒结而构建的。在未来的几年里,CMOS制造技术的进步将导致器件的沟道长度小于10nm。在这么短的距离内,为使器件能够工作,将不得不采用非常高的掺杂浓度梯度。进入纳米领域,常规CMOS器件所面临的许多问题都与PN结相关,传统的按比例缩小将不再足以继续通过制造更小的晶体管而获得器件性能的提高。半导体工业界正在努力从器件几何形状,结构以及材料方面寻求新的解决方案。文中研究了无结场效应器件制备工艺技术及其进展,这些器件包括半导体无结场效应晶体管、量子阱场效应晶体管、碳纳米管场效应晶体管、石墨烯场效应晶体管、硅烯场效应晶体管、二维半导体材料沟道场效应晶体管和真空沟道场效应管等。这些器件有可能成为适用于10nm及以下技术节点乃至按比例缩小的终极器件。     

0.15μm Y型栅高In沟道GaAs PHEMT低噪声器件设计

设计了一种GaAs PHEMT低噪声器件。通过电子束直写手段实现了0.15μm Y型栅,对栅型优化以减小器件栅电阻和栅寄生电容。采用高In含量的沟道设计以改善沟道电子输运特性,采用InGaAs/GaAs复合帽层以改善欧姆接触特性,并通过低噪声工艺流程制作了4×50μm GaAs PHEMT器件。测试结果表明,器件fT达到80GHz,在10GHz处最小噪声系数小于0.4dB,相关增益大于10dB。对于0.15μm栅长GaAs PHEMT器件来说,这是很好的结果。     

一种非对称双栅应变硅HALO掺杂沟道MOSFET阈值电压解析模型

提出了一种非对称双栅应变硅HALO掺杂沟道金属氧化物半导体场效应管结构.该器件前栅和背栅由两种不同功函数的金属构成,沟道为应变硅HALO掺杂沟道,靠近源区为低掺杂区域,靠近漏区为高掺杂区域.采用分区的抛物线电势近似法和通用边界条件求解二维泊松方程,分别求解了前背栅表面势、前背栅表面电场及前背栅阈值电压,建立了双栅器件的表面势、表面电场和阈值电压解析模型.详细讨论了物理参数对解析模型的影响.研究结果表明,该器件能够很好的抑制短沟道效应、热载流子效应和漏致势垒降低效应.模型解析结果与DESSIS仿真结果吻合较好,证明了该模型的正确性.     

深结短沟道MOS晶体管准二维阈值电压模型

提出了一个新的短沟道MOS晶体管表面势的准二维解析模型。不同于经典模型,该模型对沟道耗尽层横向剖分,由高斯定理导出沟道耗尽层电势的一维微分方程,方程考虑了漏、源的横向电场对沟道耗尽层厚度的影响。求解方程得到了耗尽层厚度与表面势的关系函数,由此得出了一个包含有沟道长度的阈值电压公式。通过MEDICI软件对多种不同参数的MOS晶体管进行了仿真,此模型计算结果与MEDICI仿真数据吻合较好,比电荷分享模型精度高。     

表面电场对3DK9开关晶体管可靠性影响的研究

针对3DK9开关晶体管在应用中出现表面漏电失效的具体案例进行分析研究.该器件的设计在基极场板边缘处同时出现金属化台阶和表面尖峰电场,这是影响器件可靠性的重要因素.针对原器件结构的缺陷,提出了一种新的器件结构,即采用结终端扩展技术代替基极场板.新结构不仅大大降低了表面尖峰电场,而且避免了金属化台阶与高电场出现在同一区域的情况,从而提高了器件可靠性.     

通道误差对波束形成性能的影响分析

阵列信号中通道误差的存在会影响波束形成算法的性能,使其不能正常工作。通过对通道间及通道带内幅相误差建模,分析其对波束形成的影响。通过对波束形成算法理论分析并结合实际应用情况,通道间幅相误差影响波束形成的波束幅度,不影响波束相位;通道带内幅相误差,会同时影响波束幅度和波束相位。本文给出通道带内误差的校正方法,通过计算机仿真证实本文所分析结果的正确性。     

不同手性单壁碳纳米管分离及其场效应晶体管性能研究

高纯度的单手性单壁碳纳米管对于下一代碳基电子器件的发展具有重要意义。利用聚[(9,9-二辛基芴-2,7-二基)-共-联吡啶](PFO-BPy)、聚(9,9－二辛基芴－2,7－二基)(PFO)和聚(9,9－二辛基芴－共苯并噻二唑)(PFO-BT)三种聚合物在有机相中分别分选出(6,5),(7,5)和(10,5)三种手性单壁碳纳米管,具有较高纯度以及浓度,并去除了超过99%的残留分散剂。使用上述溶液沉积获得高均匀性和高密度的碳纳米管薄膜,以此作为器件沟道材料,制备了手性单壁碳纳米管场效应晶体管阵列。结果显示,大直径的(10,5)手性碳纳米管晶体管器件具有较好的电学性能,其迁移率最高达16cm²·V-1·s-1,开关比达10⁷。     

石墨烯场效应管的Verilog-A建模

在传统硅基器件日益趋近物理极限的背景下,石墨烯场效应管作为一种新型纳米器件受到了广泛关注。以漂移-扩散传输理论为基础,得到了石墨烯场效应管的漏电流解析表达式,并以此建立了适合电路设计的石墨烯场效应管Verilog-A模型。利用该模型对栅长为10μm、沟道宽度为5μm的石墨烯场效应管进行HSPICE仿真,仿真结果与实验所测数据相符。在此基础上,给出了基于石墨烯场效应管的共源放大电路、共漏放大电路和共栅放大电路三种基本电路组态的仿真结果,表明石墨烯场效应管应用于模拟及RF电路具有广阔的前景。     

高性能纵向pnp晶体管的研制

pnp晶体管中由于空穴的迁移率较电子的迁移率低得多,再加上纵向pnp管有比npn管严重得多的基区宽度调变效应,一般情况下,难以使纵向pnp管的性能与npn管的性能相媲美。我们从理论上分析了提高纵向pnp管性能的途径,并设计了一套新的工艺流程。在p型外延材料上研制出了BV_(ceo)≥90V、V_(be)≤0.8V、f_T=900MHz、V_(ces)=0.2V、β=60～150、厄利电压大于150V的纵向pnp晶体管。在P型单晶材料上研制出了BV_(ceo)≥65V、f_T≥560MHz、β=60～150的纵向pnp晶体管。具有这种性能的纵向pnp管目前在国内外还很少见。     

碳纳米管随机网络场效应晶体管电学性能分析

利用电子束蒸发技术在Si衬底形成Au电极作为底栅电极,在底栅电极上生长SiO₂薄膜。超声分散CVD法合成的商用单壁碳纳米管(SWCNTs),使用匀胶机将单壁碳纳米管悬浮液均匀旋涂于SiO₂薄膜上。再利用荫罩式电子束蒸发技术,在单壁碳纳米管随机网络薄膜表面制备漏源电极。该工艺过程避免了碳纳米管过多的化学接触,有效地保护了碳纳米管的性状。在室温条件下对器件电学性能进行测试和分析。使用该方法制备的单壁碳纳米管随机网络薄膜场效应晶体管,具有器件性能稳定、重复性和一致性较好等优点,并可用于构建碳纳米管逻辑电路。该方法对于研究基于碳纳米管的大规模、低成本的集成电路,具有较高的借鉴价值。     

单壁碳纳米管随机网络场效应晶体管

使用超声分散CVD法合成的商用单壁碳纳米管(SWCNT),利用匀胶机把分散获得的、含有SWCNT的悬浮液均匀旋涂于SiO2/Si基上,利用萌罩式电子束蒸发技术在碳纳米管随机网络薄膜表面制备漏源Au电极。该制备技术避免了碳纳米管器件更多的化学接触,有效确保碳纳米管的纯度。该碳纳米管场效应晶体管器件采用重掺杂Si作为背栅、SWCNT随机网络薄膜为导电沟道。在室温环境下利用Keithley-4200对器件性能进行了测试分析,器件开启电流约为1μA,峰值跨导为326nS。该方法制备的SWCNT随机网络场效应晶体管,具有工艺实现简单、器件性能稳定、重复性和一致性好等特点,并可以用于构建CNT逻辑电路。该技术对于研究低成本、大规模基于CNT的集成电路来说,具有较高的借鉴价值。     

静电屏蔽晶体管GAT的结构研究

本文介绍了静电屏蔽晶体管（ＧＡＴ）的结构与器件性能，该器件具有高耐压，高速和低饱和压降等优良特性。本文对该器件的结构作了较为详细的分析研究。     

基于有机硅栅绝缘层的制备工艺对OTFT性能的影响

基于聚合物绝缘材料和半导体材料,采用溶液法旋涂工艺制作了有机薄膜晶体管(OTFT),通过尝试不同旋涂速度、表面预处理、退火温度等条件来优化聚合物绝缘材料的制备工艺参数,获得了良好的绝缘性的聚合物绝缘材料和器件特性。结果表明,绝缘层旋涂速度过快、表面用氧等离子体处理时间过长和退火温度过低都会降低有机栅极绝缘层(OGI)的绝缘性和OTFT的器件特性。采用硅氧烷材料作为聚合物栅极绝缘层,其溶液由硅氧烷单体和溶剂加丙二醇甲醚醋酸酯(PGMEA)混合而成。OGI的旋涂速度为1 200r/min,退火温度为140℃,在旋涂有机半导体材料之前,需在退火之后的硅氧烷表面进行短暂的氧离子灰化反应。得到的有机薄膜晶体管迁移率约为0.4cm2·V-1·s-1,亚阈值摆幅降至约1.2V/dec,开关比大于104,并且当外加电场为1MV/cm时,漏电流密度低于1.4×10-6 A/cm2(Vds=-40V)。