高k栅介质纳米MOSFET栅电流模型

介绍了一种纳米MOSFET(场效应管)栅电流的统一模型,该模型基于Schrodinger-Poisson方程自洽全量子数值解,特别适用于高k栅介质和多层高k栅介质纳米MOSFET.运用该方法计算了各种结构和材料高k介质的MOSFET栅极电流,并对pMOSFET和nMOSFET高k栅结构进行了分析比较.模拟得出栅极电流与实验结果符合,而得出的优化氮含量有待实验证实.     

纳米级MOSFET隧穿栅电流量子模型

运用一种全量子模型,研究高k栅介质纳米MOSFET(场效应管)栅电流,特别适用于各种材料高k栅介质和高k叠栅介质纳米MOSFET。使用该方法,研究了高k栅介质中氮含量等元素对栅极电流的影响,并对模拟结果进行了分析比较。结果显示,为了最大限度减少MOS器件的栅泄漏电流,需要优化介质中的氮含量。通过对比表明,模型与实验结果符合。     

纳米双栅MOSFET栅极漏电流的二维量子模拟(英文)

基于非平衡格林函数(NEGF)的量子输运理论框架,对双栅MOSFET进行了二维实空间数值模拟。在对表征载流子电势的泊松方程自洽求解后,感兴趣的物理量(如亚阈值摆幅、漏致势垒下降、载流子密度、电流密度等)可以被求得,观察了由栅极注入效应导致的二维电荷分布,并对不同电介质材料对栅极漏电流的影响进行了研究。此外,还通过调整电介质参数并进行比较的方法,研究了电介质的有效质量、介电常数、导带偏移对栅极漏电流的影响。该模拟方法为双栅MOSFET中载流子自栅极的注入提供了良好的物理图景,对器件特性的分析和比较有助于栅氧层高k电介质材料的选取。     

基于氧化铪的高k栅介质纳米MOSFET栅电流模型

运用一种全量子模型研究基于氧化铪的高k栅介质纳米MOSFET栅电流,该方法特别适用于高k栅介质纳米MOS器件,还能用于多层高k栅介质纳米MOS器件。使用该方法研究了基于氧化铪高k介质氮含量等元素对栅极电流的影响。结果显示,为最大限度减少MOS器件的栅电流,需要优化介质中氮含量、铝含量。     

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。     

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.     

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.     

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栅介质的可靠性问题

随着集成电路特征尺寸的不断缩短,利用先进的高k/金属栅堆叠来取代传统的SiO2/多晶硅栅结构成为微电子技术发展的必然,确保这些新的栅极堆叠类型具有足够的可靠性是非常重要的.综述了高k栅介质可靠性的研究现状,阐明了瞬态充电效应导致的阈值电压不可靠问题,对偏压温度不稳定现象(BTI)和高k击穿特性进行了探讨.     

高k栅介质MOSFETs的二维阈值电压模型

给出包括栅电介质与耗尽层区域的边界条件和二维沟道电势分布.根据这个电势分布,得出高k栅介质MOSFET的阈值电压模型,模型中考虑短沟道效应和高k栅介质的边缘场效应.模型模拟结果和实验结果能够很好地符合.通过和一个准二维模型的结果相比较,表明该模型更准确.另外,还详细讨论了影响高k栅电介质MOSFET阈值电压的一些因素.     

2D Threshold-Voltage Model for High-k Gate-Dielectric MOSFETs

给出包括栅电介质与耗尽层区域的边界条件和二维沟道电势分布.根据这个电势分布,得出高k栅介质MOSFET的阈值电压模型,模型中考虑短沟道效应和高k栅介质的边缘场效应.模型模拟结果和实验结果能够很好地符合.通过和一个准二维模型的结果相比较,表明该模型更准确.另外,还详细讨论了影响高k栅电介质MOSFET阈值电压的一些因素.     

TiO_2/SiO_2和TiO_2/SiO_xN_y层叠结构高k栅介质比较研究

以射频磁控溅射为主要工艺,制备了TiO2/SiO2和TiO2/SiOxNy两种层叠结构栅介质。对C-V特性和漏电特性的测试表明,SiO2和SiOxNy等界面层的引入有效地降低了TiO2栅介质电荷密度及漏电流,而不同层叠结构的影响主要通过界面电学性能的差异体现出来。对漏电特性的进一步分析显示,TiO2/SiO2结构中的缺陷体分布和TiO2/SiOxNy结构中的缺陷界面分布是导致电学性能差异的主要原因。综合比较来看,TiO2/SiOxNy结构栅介质在提高MOS栅介质性能方面有更大的优势及更好的前景,有助于拓展TiO2薄膜在高k栅介质领域的应用。     

La基高k栅介质的研究进展

SiO2作为栅介质已无法满足MOSFET器件高集成度的需求,高k栅介质材料成为当前研究的热点。综述了高k栅介质材料应当满足的各项性能指标和研究意义,总结了La基高k栅介质材料的最新研究进展,以及在改正自身缺点时使用的一些实验方法,指出了有可能成为下一代MOSFET栅介质的几种La基高k材料。La基高k材料的研究为替代SiO2的芯片制造工艺提供优异的候选材料及理论指导,这是一项当务之急且浩大的工程。     

纳米双栅MOS器件的二维量子模拟

利用非平衡格林函数法处理开放边界条件的薛定谔方程,与泊松方程自洽求解,在实空间实现了对纳米量级双栅MOS器件的二维量子模拟。与模空间法的仿真效率及模拟结果进行了比较,对栅极漏电流受栅介质、栅与源漏交叠、栅氧层厚度的影响进行了研究。     

MOSFET栅电流分布的理论建模

小尺寸ＭＯＳＦＥＴ的强场性,场畸变性和漏区尺度比例的增大,使它的分布效应增强,更准确地描述小尺寸器件的栅电流需要分布模型。本文依据“幸运电子”概念,基于我们已创建的沟道和衬底电流的二维分布模型,建立了ＮＭＯＳＦＥＴ的电子和空穴栅电流的分布模型,空穴栅电流的分布模型是基于负纵向场加速的新的发射物理过程建立的,所建分布模型包含了更祥尽的热载流子向栅发射的物理过程,这将有利于ＭＯＳＦＥＴ热载流子的损伤的     

一个适用于短沟HALO结构MOS器件的直接隧穿栅电流模型

对沟道长度从10μm到0.13μm,栅氧化层厚度为2.5nm的HALO结构nMOS器件的直接隧穿栅电流进行了研究,得到了一个适用于短沟道HALO结构MOS器件的直接隧穿栅电流模型.随着沟道尺寸的缩短,源/漏扩展区占据沟道的比例越来越大,源漏扩展区的影响不再可以忽略不计.文中考虑了源/漏扩展区对直接隧穿栅电流的影响,给出了适用于不同HALO掺杂剂量的超薄栅(2～4nm)短沟(0.13～0.25μm)nMOS器件的半经验直接隧穿栅电流模拟表达式.     

一个适用于短沟HALO结构MOS器件的直接隧穿栅电流模型

对沟道长度从10μm到0.13μm,栅氧化层厚度为2.5nm的HALO结构nMOS器件的直接隧穿栅电流进行了研究,得到了一个适用于短沟道HALO结构MOS器件的直接隧穿栅电流模型.随着沟道尺寸的缩短,源/漏扩展区占据沟道的比例越来越大,源漏扩展区的影响不再可以忽略不计.文中考虑了源/漏扩展区对直接隧穿栅电流的影响,给出了适用于不同HALO掺杂剂量的超薄栅(2～4nm)短沟(0.13～0.25μm)nMOS器件的半经验直接隧穿栅电流模拟表达式.     

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.     

Gate Current Modeling and Optimal Design of Nanoscale Non-Overlapped Gate to Source/Drain MOSFET

In this paper, novel nanoscale MOSFET with Source/Drain-to-Gate Non-overlapped and high-k spacer structure has been demonstrated to reduce the gate leakage current for the first time. The gate leakage behaviour of novel MOSFET structure has been investigated with help of compact analytical model and Sentaurus Simulation. Fringing gate electric field through the dielectric spacer induces inversion layer in the non-overlap region to act as extended S/D region. It is found that optimal Source/Drain-to-Gate Non-overlapped and high-k spacer structure has reduced the gate leakage current to great extent as compared to those of an overlapped structure. Further, the proposed structure had improved off current, subthreshold slope and DIBL characteristic. It is concluded that this structure solves the problem of high leakage current without introducing the extra series resistance.