一种背栅极冷阴极器件中纳米线表面电场的分析

利用静电场理论计算了背栅极冷阴极器件的纳米线附近电场,给出电场分布的表示式及J-V曲线,并分析了几何参数对纳米线顶端表面电场的影响.结果表明,纳米线顶端表面产生巨大的电场,随着离纳米线顶端表面距离的增大,电场迅速下降;纳米线突出栅孔的长度(L-d1)越大,纳米线半径r0、栅孔半径R以及栅极与阳极间距d2越小,则纳米线顶端表面电场越强,而d2较大时d2对表面电场的影响很弱;纳米线顶端边缘电流密度J随着阳极与栅极电压的增加而指数增大.     

具有汇聚特性的场发射电子源的模拟研究

提出了一种具有汇聚特性的新型场发射阴极结构,利用有限元方法模拟计算了此种阴极结构在不同参数条件下的电场分布、电子轨迹,考察了不同参数对电子汇聚效果的影响,给出了此种场发射阴极的栅极-阴极间距、栅极宽度、阳极电压、栅极电压等基本参数对汇聚效果的影响.模拟计算结果表明,电子束的汇聚程度随着栅极-阴极间距的增大而增大,随着栅极宽度的增大而减小;电子束的汇聚程度与阳极电压、栅极电压参数密切相关,并存在最优参数.     

表面注入D-RESURF器件耐压模型

建立表面注入双重降低表面电场(D-RESURF)结构击穿电压模型。D-RESURF器件在衬底纵向电场和Pb区附加电场的影响下,漂移区电荷共享效应增强,优化漂移区掺杂浓度增大,器件导通电阻降低。分析漂移区浓度和厚度对击穿电压的影响,获得改善击穿电压和导通电阻折中关系的途径。在满足最优表面电场和完全耗尽条件下,导出吻合较好的二维RESURF判据。在理论的指导下,成功研制出900 V的D-RESURF高压器件。     

高压LDMOS准饱和效应研究

借助于SILVACO TCAD仿真工具,研究了高压LDMOS电流准饱和效应(Quasi-saturation effect)的形成原因。通过分析不同栅极电压下漂移区的耗尽情况以及沟道与漂移区电势、电场和载流子漂移速度的分布变化,认为当栅压较低时,LDMOS的本征MOSFET工作在饱和区,栅压对源漏电流的钳制明显,此时沟道载流子速度饱和;而在大栅压下,随着沟道导电能力的增加以及漂移区两端承载的电压的增大,本征MOSFET两端压降迅速降低,器件不能稳定地工作在饱和区而进入线性工作区,此时沟道中的载流子速度不饱和。LDMOS器件的源漏电流的增大主要受漂移区影响,栅压逐渐失去对器件电流的控制,此时增大栅压LDMOS器件的源漏电流变化很少,形成源漏电流的准饱和效应。最后,从器件工作过程对电流与栅压的关系进行了理论分析,并从理论结果对电流准饱和效应进行了深入分析。     

VDMOS准饱和特性数学模型研究

借助电脑软件仿真深入研究了VDMOS电场分布特性,并且从数学角度研究了VDMOS漂移区垂直方向上电压降落的情况。建立了VDMOS准饱和特性的数学模型,给出了VDMOS工作在临界准饱和区域的栅极电压的计算方法,为器件工作的安全区域设定了边界条件。在研究过程中发现,VDMOS漂移区垂直方向上的电场最大值出现的位置基本固定不变,它不随着栅极电压、漂移区掺杂浓度和栅氧厚度的变化而变化,而是随着漏电压的变化而变化,这主要是由于漂移区内B区域横截面积和电子速度都在随着栅极电压的增大而增大造成的。此结论不仅为文中准饱和模型的创建提供了一种简便的方法,而且对以往模型的简化和改进提供了理论依据。     

表面预处理对Ge MOS电容特性的影响

通过不同气体(NO、N2O、NH3)对Ge衬底进行表面预处理,生长GeOxNy界面层,然后采用反应磁控溅射方法生长HfTiO薄膜,制备HfTiO/GeOxNy叠层高k栅介质Ge MOS电容,研究表面预处理对界面层以及界面层对器件性能的影响.隧穿电子扫描电镜(TEM)、栅电容-电压(C-V)栅极漏电流-电压(J-V)的测量结果表明,湿NO表面预处理能生长高质量的界面层,降低界面态密度,抑制MOS电容的栅极漏电流密度.施加高场应力后,湿NO表面预处理样品的平带漂移及漏电流增加最小,表示器件的可靠性得到有效增强.     

深亚微米工艺ESD电路设计参数研究

通过器件级仿真来评估ESD保护器件的鲁棒性的方法,对ESD电路的关键设计参数进行了研究.通过器件仿真软件MEDICI对栅极到源极接触孔的距离,栅极到漏极接触孔的距离以及栅极的宽度和长度对ESD性能的影响进行了研究,并分析了它们的失效机理.从而得出经验公式,可以在流片前估算出器件的ESD失效电压.通过在设计阶段预测器件的ESD性能可以缩短设计周期,节约成本.     

平面栅型FED的模拟研究

采用ANSYS有限元分析软件对平面栅型场致发射显示器（FED）的阴极表面电场进行了模拟分析。通过研究栅极宽度、阴栅间隙及阴极宽度对阴极表面电场分布的影响．结果表明平面栅型FED为边缘发射型器件,阴极宽度的改变对阴极表面电场整体影响明显．而阴栅间隙是影响阴极边缘电场分布的主要因素。     

屏蔽槽SOI高压器件新结构和耐压机理

提出具有屏蔽槽的SOI高压器件新结构和自适应界面电荷耐压模型.该结构在屏蔽槽内产生跟随漏极电压变化的界面电荷,此电荷使埋层介质的纵向电场增加,同时使顶层硅的纵向电场降低,并对表面电场进行调制,因此屏蔽了高电场对顶层硅的影响.借助二维器件仿真研究器件耐压和电场分布与结构参数的关系.结果表明,该结构使埋氧层的电场从传统的3Es升高到近600V/μm,突破了传统SOI器件埋氧层的耐压值,大大提高了SOI器件的击穿电压.     

纳米MOSFET的多栅结构和应变硅纳米线结构

介绍了在进入22 nm技术节点后MOSFET器件的两个发展方向,即多栅结构和应变硅纳米线结构.首先通过分析特征长度与有效栅极数量的关系,表明多栅结构器件可以有效增强栅极对沟道的控制,抑制短沟道效应,接近理想的亚阈值斜率;然后分析了应变对能带结构的影响,从理论上论述了应变沟道可以显著提高载流子迁移率;最后介绍了悬浮硅纳米...     

Theoretical Study on Field Emission Patterns of the Nanotube

The distributions of the electrical potential and field have been given from Maxwell‘s field equations. The results show that there exists very strong electric field intensity on the tip of the nanotube,and the intensity decays rapidly as the distance increases away from the tip. The strong electric field intensity on the tip is consistent with the low threshold voltage under the electric field emission from a nanotube. The calculation also revealed that the higher the aspect ratio is, the stronger the electric field intensity on the tip of the nanotube will be,if the distance and voltage between the cathode and the anode do not change, which predicts the lower threshold voltage under the field emission.     

Si纳米线场效应晶体管研究进展

从Si纳米线场效应晶体管(SiNWFET)的结构原理、Si纳米线的制作工艺以及器件电学性能的改善措施三个方面介绍了SiNWFET的研究进展。通过分析SiNWFET的漏极电压对沟道电势的影响,表明SiNWFET自身的细沟道和围栅结构对于改善亚阈值特性和抑制短沟道效应起着关键作用。针对Si纳米线的制备,介绍了光刻、刻蚀与热氧化等自上而下的方法和气-液-固生长这种自下而上的方法。分析了SiNWFET的电学性能,探讨了为改善电学性能而进行的器件结构和工艺的改进,包括选择沟道取向,采用多条纳米线、应变纳米线或新材料作为沟道以及减小源-漏接触电阻等措施。最后对SiNWFET所面临的挑战和前景作了展望。     

单场限环结构的表面电场分布及环间距的优化

基于横向扩散与纵向扩散构成的冶金结边界为椭圆形这一特点,讨论单场限环结构表面电场强度的分布,给出表面电场强度、主结及环结分担电压的解析表达式。在纵向结深和掺杂浓度一定的条件下,根据临界电场击穿理论,讨论环间距的优化设计方法。单场限环结构主结环结间表面电场强度的绝对值曲线近似呈抛物线,最大电场位于主结处。随着环间距的增大,最大电场变大;随着横向扩散深度的增大,最大电场变小。环右侧最大电场也出现在结处,随着环间距和横向扩散深度的增加,最大电场均减小。在场限环结构中,当主结和环结在表面处的最大电场强度均等于临界电场强度时,击穿电压达到最大值,此时所对应的环间距为最佳环间距。     

Mechanism of negative transconductance in heterostructurefield-effect transistors

In most heterostructure field-effect transistors the drain current at very large gate voltages drops with an increase of the gate voltage leading to a negative device transconductance. Based on the analysis of the gate and channel current distributions in such devices, it is shown that the negative transconductance at large gate currents is related to the dramatic change in the electric field distribution in the channel and to the saturation of the density of the two-dimensional electron gas in the channel. Under such conditions the electric field increases at the source side of the channel where the gate current primarily flows. When the electric field at the source side exceeds the electric field at the drain side of the channel, the device transconductance becomes negative. This is related to a higher voltage drop near the source side of the channel causing a partial depletion in the channel     

p型重掺杂应变Si1-xGex基区内建电场的物理机制

采用解析的方法计算了在基区掺杂为高斯分布,Ge组分分布为三角形分布和矩形三角形分布时基区内建电场的变化情况.重新拟合了价带有效态密度公式,并在计算内建电场时考虑了导带有效态密度的影响.发现加入Ge组分后引起的导带有效态密度变化、价带有效态密度变化以及禁带宽度变窄量变化对基区内建电场的影响要大于掺杂对内建电场的影响.Ge组分为三角形分布时,在总的Ge组分一定的条件下,内建电场从发射结到集电结逐渐变大.在任一给定位置x处,内建电场随着Ge组分的增加而增大.当Ge组分分布为矩形三角形分布时,对于给定的Ge组分转折点x1,基区内建电场从发射结到集电结缓慢地增大.在Ge组分恒定的区域,内建电场变化甚微,在Ge组分为线性缓变区域的同一位置x处,内建电场随Ge组分转折点x1的增大而缓慢地增大.此外,在x1附近内建电场变化有一个很大的陡坡.     

MOSFET栅下碰撞电离与击穿研究

研究了场板终端技术对改善 MOSFET栅下电场分布和碰撞电离率的作用 ,结果表明 ,MOSFET在高压应用时 ,漏极靠近表面的 PN结处电场最强 ,决定器件的击穿特性。通过对实验研究与计算机模拟结果的分析 ,表明在不同的栅压下 ,此处场板长度的大小对栅下电场强度有直接的影响 ,合理地控制场板长度能有效地提高器件的击穿电压。     

Analysis of Failure in Miniature X‐ray Tubes with Gated Carbon Nanotube Field Emitters

We correlate the failure in miniature X‐ray tubes with the field emission gate leakage current of gated carbon nanotube emitters. The miniature X‐ray tube, even with a small gate leakage current, exhibits an induced voltage on the gate electrode by the anode bias voltage, resulting in a very unstable operation and finally a failure. The induced gate voltage is apparently caused by charging at the insulating spacer of the miniature X‐ray tube through the gate leakage current of the field emission. The gate leakage current could be a criterion for the successful fabrication of miniature X‐ray tubes.     

The Ferroelectric Field Effect within an Integrated Core/Shell Nanowire

The synthesis of cylindrical silicon‐core and ferroelectric oxide perovskite‐shell nanowires and their response characteristics as individual three‐terminal nanoscale electronic devices is reported. The co‐axial nanowire geometry facilitates large ferroelectric field‐effect modulation (>10⁴) of nanowire conductivity following sequential application and removal of an applied dc field. Source‐drain current–voltage traces collected during sweeps of ferroelectric gate potential and switching of the component of shell outward and inward polarization provide direct evidence of ferroelectric coupling on nanowire channel conductance. Despite a very small (1:20) ferroelectric‐to‐semiconductor channel thickness ratio, an unexpectedly strong electrostatic coupling of ferroelectric polarization to channel conductance is observed because of the co‐axial gate geometry and curvature‐induced strain enhancement of ferroelectric polarization.     

Theoretical analysis of HEMT breakdown dependence on device designparameters

A two-dimensional numerical analysis is presented to investigate the breakdown characteristics of single- and double-channel AlGaAs/GaAs HEMTs. The influence of the doped layer thickness and the thickness of an undoped i-layer under the gate is analyzed. Impact ionization is considered to be the dominant breakdown mechanism. All simulations reveal the existence of a high electric field region near the gate contact. Breakdown occurs in the gate-drain region and the (breakdown) path which maximizes the ionization integral is entirely in the AlGaAs layer. For increased donor layer thickness, single-channel devices biased near pinchoff have gate-drain breakdown voltages varying from 8 to 14 V with corresponding peak electric field values in the range of 8.2×10⁵ to 2.4×10⁶ V/cm. The breakdown voltage increases with increasing gate bias |V _gs| due to a screening effect of transverse from longitudinal electric field. Double-channel HEMTs have slightly higher breakdown than single-channel, especially near pinchoff and for thin donor layers