基于三維電勢分布的新型圍柵MOSFET研究.pdf

1、近年來，由于科技的飛速發(fā)展，集成化程度越來越高。為滿足集成電路發(fā)展的要求，金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET，Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)的特征尺寸不斷減小。同時也帶來一些不好的結(jié)果，嚴(yán)重影響MOS器件的可靠性。這對工藝技術(shù)的發(fā)展提出了更高要求，如超淺結(jié)技術(shù)、應(yīng)變溝道技術(shù)等。同時出現(xiàn)了許多新型的三維結(jié)構(gòu)，如雙柵和圍柵(CSG，Cylindrical Surr

2、ounding-gate)MOSFET等。其中CSG MOSFET的整個溝道被柵包圍，使得柵對溝道有良好的控制力，有效抑短溝道效應(yīng)。CSG MOSFET的短溝道效應(yīng)提高，使晶體管尺寸得以進(jìn)一步縮小。以上諸多優(yōu)勢使得CSG MOSFET成為擴(kuò)展納米級CMOS縮放比例的電路設(shè)計中最有前途的結(jié)構(gòu)之一。
　　本文從CSG MOSFET溝道結(jié)構(gòu)設(shè)計出發(fā)，主要研究階梯摻雜溝道(steepedSC,doping channel)CSG MOSF

3、ET。和均勻摻雜溝道CSG MOSFET的工作機(jī)制、物理模型及性能相比，分析提高M(jìn)OS器件的擊穿特性和抑制熱載流子效應(yīng)的方法。
　　首先，使用三維仿真軟件ATLAS模擬仿真SC CSG MOSFET的溝道結(jié)構(gòu)特性:不同高摻雜濃度和高摻雜區(qū)域長度。詳細(xì)分析不同溝道結(jié)構(gòu)下SC CSGMOSFET電勢、電場、Id-Vds和Id-Vgs等特性。接著分析柵長對SC DGMOSFET和SC CSG MOSFET兩種結(jié)構(gòu)的閾值電壓下降和漏感應(yīng)勢

4、壘降低等短溝道效應(yīng)效應(yīng)。結(jié)果表明，SC CSG MOSFET具有能明顯減小短溝道效應(yīng)和熱載流子效應(yīng)的影響等優(yōu)點。
　　其次，在圓柱坐標(biāo)系下，建立了SC CSG MOSFET的三維體電勢模型。在本文中，此模型同時計入耗盡電荷和自由電荷的影響，可以更加精確的描述開態(tài)勢場。求解過程中，使用分離變量法和傅里葉逆變換法相結(jié)合，得到了SCCSG MOSFET的體電勢模型。然后基于二維模型，推導(dǎo)了SC CSG MOSFET的閾值電壓的解析模型。

5、
　　最后，比較了CS CSG MOSFET的建模結(jié)果和ATLAS模擬仿真結(jié)果，分析驗證了模型的準(zhǔn)確性。通過對不同溝道結(jié)構(gòu)的SC CSG MOSFET電勢、電場和短溝道效應(yīng)進(jìn)行分析，結(jié)果表明，SC CSG MOSFET改善了短溝道效應(yīng)和熱載流子效應(yīng)，提高了擊穿特性。而且SC CSG MOSFET受高摻雜濃度變化的影響比較大，漏感應(yīng)勢壘降低效應(yīng)先增大后減小;而高摻雜區(qū)域長度對它影響比較小，但影響溝道遷移率和載流子的速度。此外通過對S