沟道大电流感应n沟金属-氧化物-半导体场效应晶体管栅氧化层的加速击穿

本文研究n沟金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET’s)的栅氧化层的击穿特性。由于受导电沟道横向电场产生的沟道大电流的影响,MOSFET’s的栅氧化层的动态击穿场强远低于有相同栅氧化层的MOS电容器的静态击穿场强。耗尽型MOSFET’s的栅氧化层动态击穿场强主要由漏-源穿通电压决定,而增强型器件主要由深耗尽层击穿电压决定。无论是耗尽型还是增强型器件,栅电压在一定范围内增加时,栅氧化层动态击穿场强下降。     

垂直结型栅场效应晶体管的二维分析

垂直结型栅场效应晶体管是一种新型大功率器件。它们显示不同于一般场效应晶体管而类似于三极管的特性。本文应用二维数值分析研究了垂直场效应晶体管(V-FET)的类三极管的运用。这个分析表明,沟道被栅势垒耗尽对类三极管运用是一个必要条件。它也表明了栅间距 d 和栅-漏长度 l_(gd)对垂直场效应晶体管的类三极管运用有很大的影响。由类三极管到五极管特性的转变大约是通过增加 d 或 l_(gd)而引起的。雪崩击穿电压强烈地依赖于电场分布,并且这也是二维分析的很好题目。就有关类三极管的运用和击穿,讨论了垂直场效应晶体管的设计准则。     

PDSOI nMOSFETs关态击穿特性

分别采用不同的背栅沟道注入剂量制成了部分耗尽绝缘体上硅浮体和H型栅体接触n型沟道器件.对这些器件的关态击穿特性进行了研究.当背栅沟道注入剂量从1.0×1013增加到1.3×1013cm-2,浮体n型沟道器件关态击穿电压由5.2升高到6.7V,而H型栅体接触n型沟道器件关态击穿电压从11.9降低到9V.通过测量寄生双极晶体管静态增益和漏体pn结击穿电压,对部分耗尽绝缘体上硅浮体和H型栅体接触n型沟道器件的击穿特性进行了定性解释和分析.     

PDSOI nMOSFETs关态击穿特性

分别采用不同的背栅沟道注入剂量制成了部分耗尽绝缘体上硅浮体和H型栅体接触n型沟道器件.对这些器件的关态击穿特性进行了研究.当背栅沟道注入剂量从1.0×1013增加到1.3×1013cm-2,浮体n型沟道器件关态击穿电压由5.2升高到6.7V,而H型栅体接触n型沟道器件关态击穿电压从11.9降低到9V.通过测量寄生双极晶体管静态增益和漏体pn结击穿电压,对部分耗尽绝缘体上硅浮体和H型栅体接触n型沟道器件的击穿特性进行了定性解释和分析.     

向微波功率领域发展的隐栅场效应晶体管(Gridistor)

多沟道面结型-栅极场效应晶体管及其优点,在1964年以隐栅场效应晶体管这个题目已被介绍过了。它包括垂直的和水平的沟道结构。它的发展为的是将场效应晶体管和双极晶体管的优点合并到同一器件中。水平沟道结构所具有的特性在功率管甚高频波段中是十分有用的;但对更高频率和更大功率领域,垂直沟道结构基本上则更为适合。然而,为了发展微波功率领域的这种结构,必须对其作一透彻的了解,以克服其缺点(即较高的栅电阻和微分漏电导等)。第一个问题的解决是将栅的几何形状加以修正,并且增加栅极的体内杂质浓度。第二个问题的解决是将源和漏的薄层电阻给以适当的梯度。于是,使用通常的工艺和普通的栅极精密度(但是要适当的栅极图形)已经得到1千兆赫以上的工作频率、f_(max)约为5千兆赫、频率-功率乘积约为5千兆赫·瓦的单片隐栅场效应晶体管。本文讨论这种器件的特点,并给出全套的实验结果。最后,对不久的将来可望实现,现在已经开始着手进行的功率范围1～2瓦、工作频率8千兆赫的器件作了概述。本文也讨论了接近隐栅场效应晶体管极限的预计结构。本文仅涉及隐栅场效应晶体管的实验部分。     

向微波功率领域发展的隐栅场效应晶体管(Gridistor)

多沟道面结型-栅极场效应晶体管及其优点,在1964年以隐栅场效应晶体管这个题目已被介绍过了。它包括垂直的和水平的沟道结构。它的发展为的是将场效应晶体管和双极晶体管的优点合并到同一器件中。水平沟道结构所具有的特性在功率管甚高频波段中是十分有用的;但对更高频率和更大功率领域,垂直沟道结构基本上则更为适合。然而,为了发展微波功率领域的这种结构,必须对其作一透彻的了解,以克服其缺点(即较高的栅电阻和微分漏电导等)。第一个问题的解决是将栅的几何形状加以修正,并且增加栅极的体内杂质浓度。第二个问题的解决是将源和漏的薄层电阻给以适当的梯度。于是,使用通常的工艺和普通的栅极精密度(但是要适当的栅极图形)已经得到1千兆赫以上的工作频率、f_(max)约为5千兆赫、频率-功率乘积约为5千兆赫·瓦的单片隐栅场效应晶体管。本文讨论这种器件的特点,并给出全套的实验结果。最后,对不久的将来可望实现,现在已经开始着手进行的功率范围1～2瓦、工作频率8千兆赫的器件作了概述。本文也讨论了接近隐栅场效应晶体管极限的预计结构。本文仅涉及隐栅场效应晶体管的实验部分。     

磷化铟功率绝缘栅场效应晶体管及其前景探讨

与GaAs相比,InP有高的峰值速度、低的离化系数和良好的热导率;与MESFET相比,绝缘栅场效应晶体管(MISFET)有高得多的栅-源、栅-漏击穿电压和较低的泄漏电流,MIS结构中的电荷积累还会导致沟道电流的显著增加。因此,InPMISFET对微波功率放大应用来说,是一种有吸引力的器件。本文介绍了这种器件的研究现状,并探讨了其发展前景。     

具有非饱和三极管特性的新型场效应晶体管

目前,显示出电压增加而电流不饱和的真空三极管全新特性的场效应晶体管,由于其特性新颖和优越,不仅适用于高频领域,而且开始向功率机器和高频机器等领域发展。其特点大致归纳如下: (1)没有显示出以前的场效应晶体管那样的所谓饱和的五极管特性,而给出了非饱和的特性或三极管特性。因此,以前的场效应晶体管为恒流型器件,而这种新的场效应晶体管为恒压型器件。     

高频大功率MOS场效应晶体管

设计和制造了一种高频大功率N沟MOS场效应晶体管,它适合用作甚高频(VHF)电视发射机的音频功率放大器。获得了130伏那样高的漏-源电压,在栅-源电压为20伏、漏电流为3A时其导通电阻为0.3Ω。为满足甚高频的工作频率,MOS场效应晶体管漏-源间反馈电容设计为0.8pF。这种MOS场效应晶体管在250MHz满意地工作,功率增益为7dB。     

沟道形状对无结型多栅器件性能影响探究

随着集成电路特征尺寸进入纳米尺度,摩尔定律的延续受到一定的挑战,纳米技术代的晶体管亟需全新的材料、器件结构和工艺集成技术。在器件结构方面,无结型场效应晶体管由于其近似理想的电流电压特性、优良的等比例缩小能力以及极其简单的制造工艺,受到了人们广泛的关注。通过三维数值仿真工具Synopsys Sentaurus 3DTCAD,对多栅的无结型MOS晶体管进行了数值模拟仿真。并在此基础上探究了无结型器件沟道形状对其电学特性的影响,提出了具有倒角正梯形沟道的多栅无结型晶体管结构,验证了其相较于普通无结多栅型器件更加优良的电学特性,以及栅长下降至20nm以下节点时对短沟道效应的进一步抑制作用。     

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。     

一种新型硅基恒流二极管的特性研究

提出了一种新型硅基环状分布垂直沟道恒流二极管,包括并联的结型场效应晶体管和PIN整流管。建立了器件的数值模型,并利用SILVACO TCAD仿真工具对器件的恒定电流值、击穿电压等特征参数进行模拟。结果显示,该器件工作于正向时,恒流效果好,开启电压约为3 V,击穿电压可达140 V;该器件工作在反向时,表现出良好的整流特性,开启电压约为0.8 V。     

PHEMT器件界面态分析方法综述

介绍了高电子迁移率场效应晶体管(PHEMT)器件的结构,并主要从直流特性、击穿电压和栅延时等方面研究了界面态对PHEMT器件的影响,总结了界面态分析方法.包括:通过沟道峰值电场和碰撞电离率来研究界面态的密度;二维量子模型模拟法的应用;根据跨导随频率变化的规律来测量界面态的密度.     

InGaAs/InP微波双极型晶体管的研制

本文叙述双收集区NpnN型InGaAs/InP异质结双极型晶体管的实验结果.给出器件的击穿特性、开关特性.高频特性和温度特性.理论分析和实验结果表明,n型InGaAs第一收集区的厚度对晶体管的击穿特性和开关特性有重要影响.器件的击穿电压BV_(CE0)=20伏,贮存时间t_s=0.5ns(Ic=50mA,I_(B1)=10mA,回抽电流I_(B2)=0),f_T=1.2GHz(V_(CE)=6V,Ic=15mA).在77～433K范围内h_(fe)变化很小,在4K下h_(fe)≌1,并表现出强烈的俄立(Early)效应.     

具有石墨烯辅助导电层的碳纳米管射频场效应晶体管

采用纯度高于99%的半导体型单壁碳纳米管分散液制备碳纳米管无序网络作为射频场效应晶体管的有源沟道材料,使用单层石墨烯作为器件源漏的辅助接触电极,研制出T型栅结构的碳纳米管射频场效应晶体管。采用石墨烯加强晶体管器件的欧姆接触,降低器件的寄生电阻和寄生电容,提高器件的高频性能。实验制备的碳纳米管射频晶体管沟道长度为90nm左右,电流增益截止频率f_T达到13.5GHz,最大振荡频率f_(max)达到10.5GHz,体现了碳纳米管在射频器件应用领域的技术潜力。     

基于HfO2栅介质的Ga2O3 MOSFET器件研制

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法在(010) Fe掺杂半绝缘Ga2O3同质衬底上外延得到n型β-Ga2O3薄膜材料,材料结构包括400 nm的非故意掺杂Ga2O3缓冲层和40 nm的Si掺杂Ga2O3沟道层.基于掺杂浓度为2.0×1018 cm-3的n型β-Ga2O3薄膜材料,采用原子层沉积的25 nm的HfO2作为栅下绝缘介质层,研制出Ga2O3金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET).器件展示出良好的电学特性,在栅偏压为8V时,漏源饱和电流密度达到42 mA/mm,器件的峰值跨导约为3.8 mS/mm,漏源电流开关比达到108.此外,器件的三端关态击穿电压为113 V.采用场板结构并结合n型Ga2O3沟道层结构优化设计能进一步提升器件饱和电流和击穿电压等电学特性.     

功率应用的离子注入场效应晶体管

将高能离子注入与常规的平面工艺相结合,实现了硅功率场效应晶体管。这种被称为“隐栅管(Gridistor)”的器件是一种以P型隐埋层作为栅的多沟道场效应晶体管。通过一金属掩蔽层,用不同能量的离子注入(600～900千电子伏),来形成高掺杂的P型栅层,它被埋置在表面以下1微米处,其厚度为0.8微米。由于在器件的有源区没有注入引起的缺陷,实际上可以采用低的退火温度。因此,结构图形的锐度只是由掩蔽的清晰度所决定。用离子腐蚀的金属作掩蔽,以可重复的方法制作了1微米宽的沟道。制作了一些实验结构,以便通过测量它们的电容、跨导和伏安特性来检验离子注入的功效和平面工艺。     

横向增强型双侧栅结构GaN JFET优化设计

提出了一种新型横向双侧栅结构的GaN JFET,并通过SILVACO软件对器件的沟道宽度、沟道电子浓度和p-GaN空穴浓度进行了优化,得到了阈值电压和输出电流与器件参数之间的变化规律,通过参数优化得到了增强型GaN JFET的结构参数条件。随后对设计的横向双侧栅结构增强型GaN JFET器件进行了击穿特性研究,发现当沟道长度短至0.5μm时,会出现严重的短沟道效应;当沟道长度大于1μm后,器件击穿电压由栅极与漏极间寄生PN结反向击穿决定,与沟道长度无关;采用RESURF (Reduced surface field)终端结构可以显著提升器件击穿电压,优化后的增强型GaN JFET器件击穿电压超过1 200 V。此外,采用p型GaN缓冲层替代n型GaN缓冲层,能够有效提高器件的栅控能力。     

一种具有高K栅介质与低k侧壁介质的PNPN型隧穿晶体管研究

本文提出了一种具有高K栅介质及低K侧壁介质的PNPN型隧穿场效应晶体管,并通过二维仿真研究了栅电场和侧壁电场对隧穿场效应晶体管性能的影响。结果表明高K栅介质可以增强栅对沟道的控制能力,同时低K侧墙介质有助于增大带带隧穿的几率。具有这种结构的隧穿场效应晶体管器件具有很好的开关特性、大的开态电流以及良好的工艺容差。该器件可以应用于低功耗领域,并有可能作为下一代CMOS技术的替代者之一。     

适合高压BIMOS应用的DMOS晶体管

LDMOS晶体管下面埋层的优化布局扩大了高压BIMOS集成电路中器件的用途。将resurf效应和掩层栅的基本理论相结合产生了高压性能未受影响的LDMOS晶体管:其源—漏雪崩击穿电压大于300伏,沟道—衬底穿通击穿电压大于200伏。制作这种高压LDMOS晶体管的工艺是结隔离外延工艺。采用这种工艺能在同一集成电路上实现高速发射极功能逻辑和高压驱动器功能。本文还叙述了实现高压掩埋栅LDMOS晶体管所需的工艺改进和器件设计。 为了比较高压NPN和LDMOS晶体管的工艺要求,介绍了计算NPN晶体管集电极—发射极击穿的一种新方法。具有高于20MHz时钟速率的高速逻辑的一种高压等离子驱动器表明了该工艺和最佳LDMOS晶体管的广泛用途。