真空微电子三极管直流特性及栅阴极电容的计算机模拟

本文利用有限差分方法计算了真空微电子三极管中的电势与电场分布，研究了尖端顶部的电场受尖端曲率半径及栅圆环直径的影响情况，并模拟计算了该管的静态输出特性．另外通过改变尖锥及栅圆环的参数，详细研究了栅阴电容的变化情况，该模拟结果与已报道的实验结果符合较好．     

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.     

AlGaN/GaN HEMT击穿特性与受主陷阱相关性研究

通过计算沟道电场的分布,研究了受主陷阱对AlGaN/GaN HEMT器件击穿特性的影响.研究发现,有受主陷阱的条件下,漏端出现电场峰值,栅端电场峰值被大幅度削减.当Vg=0 V,Vd=60 V,受主陷阱浓度NA=1×10(17)cm-3时,栅端电场峰值与不加受主陷阱时相比可下降到56%.受陷阱电荷影响,当击穿电压大于某个电压时,漏端电场峰值超过栅端电场峰值,此时,击穿发生在漏端.该仿真结果修正了HEMT击穿总发生在栅端边缘处的传统看法.     

22nm技术节点异质栅MOSFET的特性研究

研究了22 nm栅长的异质栅MOSFET的特性,利用工艺与器件仿真软件Silvaco,模拟了异质栅MOSFET的阈值电压、亚阈值特性、沟道表面电场及表面势等特性,并与传统的同质栅MOSFET进行比较。分析结果表明,由于异质栅MOSFET的栅极由两种不同功函数的材料组成,因而在两种材料界面附近的表面沟道中增加了一个电场峰值,相应地漏端电场比同质栅MOSFET有所降低,所以在提高沟道载流子输运效率的同时也降低了小尺寸器件的热载流子效应。此外,由于该器件靠近源极的区域对于漏压的变化具有屏蔽作用,从而有效抑制了小尺寸器件的沟道长度调制效应,但是由于其亚阈值特性与同质栅MOSFET相比较差,导致漏致势垒降低效应(DIBL)没有明显改善。     

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。     

具有栅介质电场屏蔽作用的新型GaN纵向槽栅MOSFET器件设计

基于氮化镓(GaN)等宽禁带(WBG)半导体的金氧半场效应晶体管(MOSFET)器件在关态耐压下,栅介质中存在与宽禁带半导体临界击穿电场相当的大电场,致使栅介质在长期可靠性方面受到挑战。为了避免在GaN器件中使用尚不成熟的p型离子注入技术,提出了一种基于选择区域外延技术制备的新型GaN纵向槽栅MOSFET,可通过降低关态栅介质电场来提高栅介质可靠性。提出了关态下的耗尽区结电容空间电荷竞争模型,定性解释了栅介质电场p型屏蔽结构的结构参数对栅介质电场的影响规律及机理,并通过权衡器件性能与可靠性的关系,得到击穿电压为1 200 V、栅介质电场仅0.8 MV/cm的具有栅介质长期可靠性的新型GaN纵向槽栅MOSFET。     

场板SOI RESURF LDMOS表面势场分布解析模型

以往对SOI器件的建模基本上基于漂移区全耗尽的假设,且大多未考虑场板对表面势场分布的影响。通过分区求解二维泊松方程,建立了场板SOI RESURF LDMOS表面电势和表面电场分布解析模型。该模型同时考虑了栅场板和漏场板的作用,既适用于漂移区全耗尽的情况,也适用于漂移区不全耗尽的情况。利用此模型和半导体器件仿真工具Silvaco,详细探讨了器件在不同偏压下栅场板和漏场板对漂移区表面电势和电场分布的影响。解析模型结果与数值仿真结果吻合良好,验证了模型的准确性。     

电解槽模拟研究场发射枪尖端的电子光学特性

本文用电解槽模拟,采用逐次放大逼近阴极尖端的方法,克服场发射枪系统阴极附近电场激剧变化及尖端与阳极尺寸上的巨大差异所引起的计算电场的困难,获得实际阴极附近足够精度的电场分布。并由此计算得到沿阴极表面亮度分布。从模拟得到的阴极区域电子轨迹,获得虚源大小及位置与电子束发射角有关的结果。     

薄栅氮化物的击穿特性

研究了含 N MOS薄栅介质膜的击穿电场和电荷击穿特性。结果表明 :MOS栅介质中引入一定的 N后 ,能提高介质的电荷击穿强度 ,电荷击穿强度受 N2 O退火温度的制约 ;N对薄栅介质的击穿电场强度影响甚微 ,击穿电场受栅偏压极性的制约。用一定模型解释了实验结果     

双层花瓣结构光学天线表面增强红外吸收特性研究

设计了一种可用于中红外波段探测的双层花瓣结构光学天线，利用有限时域差分方法，分析了结构参数、入射光偏振方向对单层天线共振波长及尖端电场强度的影响。在优化单层结构的基础上，计算了双层天线层间距（h）介于0.1～0.8μm时，不同入射波长下上层天线尖端电场强度与入射光电场强度比值。为研究下层天线对于上层天线电场的增强机理，固定入射光波长，扩大天线层间距h (0.1～3.6μm)，对有无上层天线两种结构，分析相同探测点电场强度比随h的变化。结果表明，h<1μm时，上层天线尖端电场增强主要来自于双层天线耦合增强，其中h<0.2μm时，上层天线尖端场强随着距离h的减小而降低，主要因为近场耦合导致上层天线尖端能量转移到层间；h>1μm时，上层天线尖端电场增强主要来自于下层天线反射光的干涉增强。     

非对称异质双栅应变硅MOSFETs 二维模型研究

基于对二维泊松方程的精确求解,本文对全耗尽型非对称异质双栅应变硅MOSFET的二维表面势,表面电场,阈值电压进行了研究。模型结果和二维数值模拟器的结果很吻合。此外并对该器件的物理作了深入的研究。该模型对设计全耗尽型非对称异质双栅应变硅MOSFET器件有着重要的指导作用.     

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。     

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。     

纳米碳管周维的电位和电场分布

通过数值计算研究了单根碳管模型和碳管阵列模型下的电位和电场分布情况。利用有限差分求解碳管周围，特别是尖端附近的电位和电场分布。并通过修改模型参数，分析了碳管高度、碳管半径等几何参数对碳管周围电场分布的影响。对于碳管阵列模型还着重分析了碳管间的场屏蔽效应和场增强因子。     

一种用于生物检测的半导体电场效应传感器

设计了一种简化的铝栅MOS半导体器件制作工艺流程,用6张掩模版成功制作出了基于表面电场效应原理的生物检测硅芯片传感器,采用SiO2-Si3N4复合栅介质层及耗尽型器件结构,以增强器件的识别与检测灵敏度。该传感器与常规铝栅MOS晶体管相比,去除了介质层表面的栅极导电层,代之以自组装技术制作生物薄膜并辅以栅参考电极作为控制栅极。用所制作的硅芯片传感器检测了相关生物蛋白质的电流响应,给出了该电流响应与器件沟道长度和沟道电阻及生物蛋白浓度等参数的关系,得到了较为满意的检测数据,达到了预期的基于表面电场效应的硅传感器制作和生物检测的目的。     

大漏压下结型场效应晶体管中的电场分布

本文在无限小的沟道宽度—高度比的假设下,以及通过引入依赖于漏电流的有效杂质浓度对有限的沟道宽度作了修正之后,推导了结型场效应晶体管的栅与漏之间的沟道部份电场分布的近似解析式。这一近似式也可以应用于栅边缘曲率为零的极端情况,即肖特基势垒栅的情况。根据参考资料报导的在大的漏电压下栅电流增强的实验数据,采用理论的电场分布来求解碰撞电离系数,此系数与参考资料上发表的根据本体碰撞电离推出的数据相一致。     

GAT双极晶体管的高频高压兼容特性

建立了 GAT器件集电结耗尽层电位分布和电场分布的二维解析模型 ,定量研究了 GAT的栅屏蔽效应和 GAT的基区穿通电压 VPI,并且解释了该器件实现高频率与高电压兼容的实验结果 .该模型可供优化设计双极型高频、高压、低饱和压降功率器件参考     

GAT双极晶体管的高频高压兼容特性

建立了GAT器件集电结耗尽层电位分布和电场分布的二维解析模型,定量研究了GAT的栅屏蔽效应和GAT的基区穿通电压VPI并且解释了该器件实现高频率与高电压兼容的实验结果.该模型可供优化设计双极型高频、高压、低饱和压降功率器件参考.     

无限大平面金属条栅的电磁波透射特性分析

本文分析了任意入射波情况下无限大平面金属条栅的波透射特性。文章将任意入射波分解为:(1) 磁场矢量垂直于栅轴(电场矢量在入射方向和栅轴所构成的平面内),我们称之为E_Ⅱ分量。(2) 电场矢量垂直于栅轴,我们称之为E_(?)分量。文中着重讨论了E_Ⅱ分量的情况。首先,利用Poisson求和公式和矩量法并结合近似技术,对栅的透射特性进行了数值分析(文中称之为严格分析),继而对栅条较窄的情况,取一电流近似分布形式,导出了透射系数的解析表示式(文中称之为近似分析),经比较,两种结果十分吻合。     

高P_r/低P_r栅FFET漏极电流与铁电材料特性的关系

分析了对铁电场效应晶体管漏极电流特性有影响的铁电材料参数,设计了具有单层和双层栅介质结构的铁电场效应晶体管,并进行了仿真研究。仿真结果表明:具有高Pr/低Pr栅介质结构的铁电场效应晶体管在饱和极化后,其极化前后输出漏极电流差最大,有利于存储信号的分辨,提高电路的效率。通过改变该结构中低Pr层的Pr,Ec等铁电材料参数,发现在3~4V间饱和极化,该结构的铁电场效应晶体管的漏极电流输出特性比较稳定,减小了对材料、工艺、Ps/Pr及Ec的依赖性和敏感性,具有易于制造和便于电路设计的优点。