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.     

高k栅介质InGaAs MOSFET结构的设计与仿真

利用半导体仿真工具Silvaco TCAD,研究了高k栅介质InGaAs MOSFET的三种结构:缓冲层结构、侧墙结构和基本结构。通过对三种结构MOSFET的阈值电压、亚阈值摆幅以及漏源电流进行比较分析,得出缓冲层结构InGaAs MOSFET具有最佳的电学特性,侧墙结构的MOSFET次之。进一步分析发现,当缓冲层结构InGaAs MOSFET的沟道厚度大于80nm时,可获得稳定的电性能。     

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。     

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。     

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.     

堆叠栅介质MOS器件栅极漏电流的计算模型

采用顺序隧穿理论和传输哈密顿方法并考虑沟道表面量子化效应,建立了高介电常数堆叠栅介质MOS器件栅极漏电流的顺序隧穿模型。利用该模型数值,研究了Si3N4/SiO2、Al2O3/SiO2、HfO2/SiO2和La2O3/SiO2四种堆叠栅介质结构MOS器件的栅极漏电流随栅极电压和等效氧化层厚度变化的关系。依据计算结果,讨论了堆叠栅介质MOS器件按比例缩小的前景。     

长沟道圆柱围栅高K栅栈结构MOSFETs器件的直接隧穿电流解析模型

An analytical direct tunneling gate current model for cylindrical surrounding gate（CSG） MOSFETs with high-k gate stacks is developed. It is found that the direct tunneling gate current is a strong function of the gate＇s oxide thickness, but that it is less affected by the change in channel radius. It is also revealed that when the thickness of the equivalent oxide is constant, the thinner the first layer, the smaller the direct tunneling gate current.Moreover, it can be seen that the dielectric with a higher dielectric constant shows a lower tunneling current than expected. The accuracy of the analytical model is verified by the good agreement of its results with those obtained by the three-dimensional numerical device simulator ISE.     

Modeling and estimation of edge direct tunneling current for nanoscale metal gate (Hf/AlNx) symmetric double gate MOSFET

This paper present, the modeling and estimation of edge direct tunneling current of metal gate (Hf/AlN_x) symmetric double gate MOSFET with an intrinsic silicon channel. To model this leakage current, we use the surface potential model obtained from 2D analytical potential model for double gate MOSFET. The surface potential model is used to evaluate the electric field across the insulator layer hence edge direct tunneling current. Further, we have modeled and estimated the edge direct tunneling leakage current for high-k dielectric. In this paper, from our analysis, it is found that dual metal gate (Hf/AlN_x) material offer the optimum leakage currents and improve the performance of the device. This feature of the device can be utilized in low power and high performance circuits and systems.     

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。     

直接隧穿栅电流对CMOS逻辑电路的影响

对于纳米级的CMOS电路,由于MOS器件具有超薄的氧化层,栅隧穿漏电流的存在严重地影响了电路的正常工作。本文基于可靠性理论和电路级仿真深入地研究直接隧穿电流对CMOS逻辑电路的影响。仿真结果很好地与理论分析相符合,这些理论和仿真将有助于以后的集成电路设计。     

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.     

Al2O3高k栅介质的可靠性

利用反应溅射方法制备了等效氧化层厚度为3．45nm的Al2O3栅介质MOS电容,研究了Al2O3作为栅介质的瞬时击穿和恒压应力下的时变击穿等可靠性特征．击穿实验显示,样品的Al2O3栅介质的等效击穿场强大小为12.8MV／cm.在时变击穿的实验中,Al2O3栅介质表现出类似于SiO2的软击穿现象．不同栅压应力作用的测试结果表明,介质中注入电荷的积累效应是引起软击穿的主要因素,其对应的介质击穿电荷QBD约为30～60C／cm^2．     

Al_2O_3高k栅介质的可靠性

利用反应溅射方法制备了等效氧化层厚度为3 45nm的Al2 O3栅介质MOS电容,研究了Al2 O3作为栅介质的瞬时击穿和恒压应力下的时变击穿等可靠性特征.击穿实验显示,样品的Al2 O3栅介质的等效击穿场强大小为1 2 8MV/cm .在时变击穿的实验中,Al2 O3栅介质表现出类似于SiO2 的软击穿现象.不同栅压应力作用的测试结果表明,介质中注入电荷的积累效应是引起软击穿的主要因素,其对应的介质击穿电荷QBD约为30～60C/cm2 .