應變Si NMOS器件集約模型研究.pdf

1、隨著微電子技術的不斷發(fā)展,傳統(tǒng)的 Si材料、Si器件受到了諸多挑戰(zhàn),半導體器件的性能因材料和器件物理特性的限制難以繼續(xù)提高,為此,需要采用新型材料與器件結構以獲得半導體器件性能的進一步改善。在此背景下,硅基雙軸應變技術應運而生。隨著應力的引入,Si和 SiGe材料的能帶結構發(fā)生了改變,材料載流子遷移率獲得提升,使得基于該技術的 MOS器件性能增強,同時,硅基雙軸應變材料容易實現(xiàn)大面積生長,器件的制備技術與傳統(tǒng) Si工藝的相兼容,因此,以

2、應變 Si、應變 SiGe為代表的硅基雙軸應變技術成為了國內外研究機構的研究熱點,在航空、航天和通訊等領域具有極大的發(fā)展空間和應用前景。本文重點對應變 Si NMOS器件集約模型進行了研究。主要研究工作和成果如下:
　　1.對應變 Si NMOS器件基本結構及其工作原理進行了研究,首次建立了完整且能準確反映器件微觀物理本質的雙軸應變 Si NMOSFET直流、大信號和小信號等效電路。該等效電路全面描述了載流子輸運的物理機制,可以準

3、確的模擬應變Si NMOS器件特性,適用于基于應變 Si NMOSFET的集成電路設計與仿真。
　　2.對應變 Si/SiGe結構進行了研究,針對應變 Si NMOS積累區(qū)出現(xiàn)的臺階效應,揭示了器件縱向結構的微觀輸運機制,提出了應變 Si NMOS積累區(qū) C-V特性中“臺階”的形成機理。通過在不同偏置條件下求解泊松方程,研究了應變 Si MOS雙端結構電荷-電壓特性,建立了統(tǒng)一的 MOS電容解析模型,該模型具有連續(xù)性,解決了已有模

4、型存在的不連續(xù)問題。
　　3.基于應變 Si NMOSFET直流、交流工作條件下的端口電流方程及其等效電路,建立了器件的直流、交流參數(shù)模型,模型包括:閾值電壓、漏電流、襯底電流、本征電容、寄生電容、寄生電阻和寄生二極管。閾值電壓、漏電流和襯底電流模型的建立采用準二維分析的方法,詳細分析了小尺寸效應對模型參數(shù)的影響,同時在漏電流模型中采用平滑函數(shù),解決了模型的連續(xù)性問題。在分析密勒(Meyer)模型缺點的基礎上,建立了基于電荷的電容