亞微米級MOSFET器件模型分析及BSIM模型參數提取.pdf

1、隨著半導體器件的尺寸不斷減小，短溝道效應和漏致勢壘下降效應等次級物理效應不斷增強，嚴重影響了器件性能，給器件和電路的仿真模擬帶來了一系列的挑戰(zhàn)。解析模型能夠給出描述MOSFET在亞閾值狀態(tài)下短溝效應對器件性能影響的解析表達式，因此精準的MOSFET解析電勢模型是迫切需要的。
　　論文首先對伯克利短溝閾值電壓模型、電壓-摻雜轉換模型以及二維雙區(qū)模型、單區(qū)模型在模型構建和解析方程方面做了詳細描述。針對二維雙區(qū)模型，為了提高其模型精度，

2、改進了以下三個方面:一、增加了特征函數的展開項數;二、修改了源漏邊界條件，小于結深的邊界依然是常數電勢，大于結深部分的邊界條件采用了耗盡近似，稱為淺結條件;三、考慮到小尺寸器件的耗盡層厚度會受漏電壓等因素的影響，用電壓-摻雜轉換模型耗盡層厚度的計算方法校正了雙區(qū)模型。同時定義了一個平均誤差，該誤差可以評測模型滿足源漏邊界條件的情況。由于伯克利短溝閾值電壓模型是準二維模型，只能描述表面處的電勢分布，本文將其拓展為二維模型使之能夠得到二維電

3、勢分布，這樣可研究襯偏效應對亞閾值擺幅的影響。和二維雙區(qū)模型不同的是二維拓展的伯克利短溝閾值電壓模型中源漏邊界條件是常數。
　　本文在不同襯底電壓、溝道摻雜濃度和漏電壓下，分別計算了雙區(qū)和單區(qū)模型的源漏平均誤差，發(fā)現雙區(qū)模型的誤差要小得多，并給出了兩模型隨柵長和漏電壓減小的閾值電壓滾降趨勢，初步確定了雙區(qū)模型具有更高的精度。計算了雙區(qū)模型的亞閾值斜率，與伯克利短溝閾值電壓模型及其二維拓展模型、電壓-摻雜轉換模型做了比較，結果顯示雙

4、區(qū)模型的亞閾值斜率無論是變化趨勢還是數值大小都與實驗數據最為接近，且淺結條件要比常數條件更適合于小尺寸器件。同時發(fā)現對于二維拓展的伯克利短溝閾值電壓模型，當結深遠小于耗盡區(qū)厚度時，矩形求解區(qū)域的襯底邊界電勢斜率非零，表明源漏常數邊界條件近似不成立。綜上結果表明，校正后的雙區(qū)模型在淺結邊界條件時的精度最好。
　　因為BSIM6.1模型在電路設計中更加方便，最后一章利用基因算法實現了BSIM6.1模型與BSIM3v3.2模型的參數轉換