超小型半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)和仿真.pdf

1、本課題對(duì)納米半導(dǎo)體器件仿真輸運(yùn)理論進(jìn)行研究，以傳統(tǒng)、成熟的擴(kuò)散-漂移為基礎(chǔ)的輸運(yùn)理論已經(jīng)無(wú)法滿足目前納米半導(dǎo)體器件開(kāi)發(fā)和仿真，急需通用、準(zhǔn)確、計(jì)算效率高的包含非平衡載流子輸運(yùn)理論。流體力學(xué)模型仿真方法比傳統(tǒng)的擴(kuò)散-漂移方法增加了高階偏微分方程，可以獨(dú)立描述器件小型化所帶來(lái)的載流子溫度、熱電子效應(yīng)和部分非平衡態(tài)效應(yīng)。本文從波爾茲曼傳輸方程入手，對(duì)玻爾茲曼傳輸方程進(jìn)行矩展開(kāi)到前三階，將其轉(zhuǎn)化為粒子流守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒三個(gè)偏微分方程組，

2、從而推導(dǎo)出流體力學(xué)方程，該模型適用于非拋物線能帶結(jié)構(gòu)。并詳細(xì)推導(dǎo)出通用流體力學(xué)模型（托馬斯模型）。引入魏格納方程，結(jié)合量子力學(xué)薛定諤方程，對(duì)魏格納方程進(jìn)行矩展開(kāi)，得出量子流體力學(xué)模型。該模型完全考慮量子機(jī)械效應(yīng)，彌補(bǔ)了半經(jīng)典玻爾茲曼方程所忽視的散射元散射所帶來(lái)的量子效應(yīng)。同時(shí)，對(duì)量子能量傳輸模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，并利用中心有限差分方法對(duì)該模型進(jìn)行數(shù)值離散，確定了電子密度和溫度的關(guān)系。接著引入累積展開(kāi)，以帶漂移的麥克斯韋分布為例，檢查特征函數(shù)累積

3、分布的有效性。在闡明累積展開(kāi)相對(duì)于矩展開(kāi)的優(yōu)勢(shì)后，得出累與矩的關(guān)系表達(dá)式，同時(shí)對(duì)波爾茲曼方程進(jìn)行傅里葉變換并提取特征函數(shù)，得到關(guān)于累的偏微分方程組。
　　納米器件中的波爾茲曼方程的碰撞項(xiàng)主要由聲子（品格）散射、界面散射和電離雜質(zhì)散射組成。本文利用量子力學(xué)費(fèi)米方法結(jié)合適用的載流子能帶結(jié)構(gòu)模型，研究光學(xué)聲子(Optic Phonon)、聲學(xué)聲子(Acoustic Phonon)、界面和電離雜質(zhì)微觀散射率，將微觀量子散射模型代替維象的遷