考慮量子力學(xué)效應(yīng)的MOSFET表面勢模型研究.pdf

1、MOSFET器件尺寸的按比例縮小導(dǎo)致柵氧化層厚度越來越小，同時襯底摻雜濃度不斷提高，而柵電壓的減小相對較弱，從而使得器件溝道表面的縱向電場越來越強，溝道內(nèi)載流子被限制在一個由硅表面能帶彎曲所形成的很窄的勢阱內(nèi)，致使載流子在垂直于界面方向上的運動發(fā)生量子化，能級發(fā)生分裂，載流子的空間分布也與玻爾茲曼假設(shè)的經(jīng)典分布有很大的不同，量子力學(xué)效應(yīng)對器件特性的影響已不可忽略。表面勢由于受到量子力學(xué)效應(yīng)的影響，即使在強反型區(qū)也會隨著柵電壓的增大而顯著

2、增加。本文針對量子力學(xué)效應(yīng)對表面勢的影響作了較詳細(xì)的分析，并從基于量子力學(xué)物理本質(zhì)的角度針對如何將量子力學(xué)效應(yīng)引入到表面勢的模型中作了創(chuàng)新性的研究。 首先介紹了量子力學(xué)效應(yīng)的基本物理概念和理論研究方法。要準(zhǔn)確描述量子力學(xué)效應(yīng)，需要自洽求解一維薛定諤方程和泊松方程，但由于它們是相互耦合的，求解過程需要反復(fù)迭代，因此計算效率很低。而利用三角勢阱近似則可以得到薛定諤方程的解析解，并且是自洽數(shù)值解的一個很好的近似，從而大大簡化了計算，并

3、且物理意義清晰。本文的研究工作正是基于三角勢阱近似進(jìn)行的。 在基于表面勢的(surface-potential-based)模型中，準(zhǔn)確求解表面勢是一個關(guān)鍵問題。目前，經(jīng)典的表面勢方程已經(jīng)有了高效的求解方法，而在引入量子力學(xué)效應(yīng)時，國際上普遍采用的方法是對經(jīng)典理論進(jìn)行修正，這種半經(jīng)驗化的方法缺乏物理基礎(chǔ)，其準(zhǔn)確性也有待提高。本文創(chuàng)新性地提出了量子表面勢方程(Quantum Surface Potential Equation，Q