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短沟道双栅MOSFET的亚阈值特性分析

固体电子学研究与进展 2014年第2期34卷 101-105页

作者：朱兆旻王睿赵青云顾晓峰轻工过程先进控制教育部重点实验室江南大学电子工程系江苏无锡214122

基于泊松方程和拉普拉斯方程,结合双栅MOSFET的边界条件,采用牛顿-拉夫逊迭代法推导了双栅MOSFET亚阈值区全沟道的电势解析解。在亚阈值区电流密度方程的基础上,提出了双栅MOSFET的一个亚阈值电流模型,并获得了亚阈值摆幅的解析公式。... 详细信息

基于泊松方程和拉普拉斯方程,结合双栅MOSFET的边界条件,采用牛顿-拉夫逊迭代法推导了双栅MOSFET亚阈值区全沟道的电势解析解。在亚阈值区电流密度方程的基础上,提出了双栅MOSFET的一个亚阈值电流模型,并获得了亚阈值摆幅的解析公式。通过对物理模型和数值模拟结果进行比较,发现在不同的器件结构参数下,亚阈值摆幅之间的误差均小于5%。

关键词：双栅金属-氧化物-半导体场效应管亚阈值特性摆幅短沟道效应

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Si纳米线场效应晶体管研究进展

微纳电子技术 2009年第11期46卷 641-648,663页

作者：张严波熊莹杨香韩伟华杨富华中国科学院半导体研究所集成技术工程研究中心北京100083

从Si纳米线场效应晶体管(SiNWFET)的结构原理、Si纳米线的制作工艺以及器件电学性能的改善措施三个方面介绍了SiNWFET的研究进展。通过分析SiNWFET的漏极电压对沟道电势的影响,表明SiNWFET自身的细沟道和围栅结构对于改善亚阈值特性和... 详细信息

从Si纳米线场效应晶体管(SiNWFET)的结构原理、Si纳米线的制作工艺以及器件电学性能的改善措施三个方面介绍了SiNWFET的研究进展。通过分析SiNWFET的漏极电压对沟道电势的影响,表明SiNWFET自身的细沟道和围栅结构对于改善亚阈值特性和抑制短沟道效应起着关键作用。针对Si纳米线的制备,介绍了光刻、刻蚀与热氧化等自上而下的方法和气-液-固生长这种自下而上的方法。分析了SiNWFET的电学性能,探讨了为改善电学性能而进行的器件结构和工艺的改进,包括选择沟道取向,采用多条纳米线、应变纳米线或新材料作为沟道以及减小源-漏接触电阻等措施。最后对SiNWFET所面临的挑战和前景作了展望。

关键词：纳米线场效应晶体管短沟道效应围栅自限制氧化

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新型金属源/漏工程新进展

微电子学 2008年第4期38卷 524-529页

作者：尚海平徐秋霞中国科学院微电子研究所北京100029

当MOSFET器件的栅长缩小到纳米尺度以后,金属源/漏(S/D)结构具有一系列的优点:原子级突变结能够抑制短沟道效应(SCE),低S/D串联电阻和接触电阻,S/D形成的低温工艺适宜集成高k栅介质、金属栅和应变硅等新材料,使之成为掺杂硅S/D结构最有... 详细信息

当MOSFET器件的栅长缩小到纳米尺度以后,金属源/漏(S/D)结构具有一系列的优点:原子级突变结能够抑制短沟道效应(SCE),低S/D串联电阻和接触电阻,S/D形成的低温工艺适宜集成高k栅介质、金属栅和应变硅等新材料,使之成为掺杂硅S/D结构最有希望的替代者。文章主要介绍形成低肖特基势垒高度(SBH,Schottky Barrier Height)结材料的选择,以及采用杂质分凝、界面工程和应变工程等肖特基势垒调节技术的主要制备工艺和势垒调节机理。

关键词： MOSFET 短沟道效应金属源/漏金属硅化物肖特基势垒调节肖特基势垒源/漏

新型聚合物半导体薄膜及其场效应晶体管的研究

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华东师范大学学报（自然科学版） 2020年第1期 83-92页

作者：叶建春周礼照李文武欧阳威华东师范大学物理与电子科学学院纳光电集成与先进装备教育部工程研究中心上海200062 华东师范大学物理与电子科学学院极化材料与器件教育部重点实验室上海200241

以新型的有机聚合物半导体(DPPTTT(poly(3,6-di(2-thien-5-yl)-2,5-di(2-octyldodecyl)-pyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4-dione)thieno[3,2-b]thiophene))为研究对象,利用溶液法制备了有机半导体薄膜并进行了一系列表征.发现半导体薄膜的厚度、表面粗糙度和拉曼峰强度均随溶液浓度和转速呈规律性变化.以该材料作为半导体活性层制备了p型有机场效应晶体管,发现当沟道长度降低到50μm时,器件的有效载流子迁移率最高,达到0.12 cm2/Vs;同时观察到随着沟道长度的降低,载流子迁移率与阈值电压都有增大的趋势,这与普遍观察到的短沟道效应相反.这些研究内容或许可以为更好地理解有机场效应晶体管及器件物理提供新的观点.

关键词：有机场效应晶体管聚合物半导体溶液法短沟道效应接触电阻

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双栅无结型场效应晶体管的设计与优化

微电子学 2014年第3期44卷 384-387页

作者：李为民梁仁荣王敬清华大学微电子学研究所清华信息科学与技术国家实验室北京100084

利用三维数值仿真工具,对双栅无结型场效应晶体管进行了数值模拟,研究了沟道掺杂浓度深度分布对晶体管性能的影响,并对比分析了当沟道长度缩小到10nm及以下时器件的电学特性。仿真结果表明,相比于沟道为均匀掺杂分布的器件,具有中间低... 详细信息

利用三维数值仿真工具,对双栅无结型场效应晶体管进行了数值模拟,研究了沟道掺杂浓度深度分布对晶体管性能的影响,并对比分析了当沟道长度缩小到10nm及以下时器件的电学特性。仿真结果表明,相比于沟道为均匀掺杂分布的器件,具有中间低的沟道掺杂深度分布的双栅无结型场效应晶体管具有更优的开关电流比、漏致势垒降低、亚阈值斜率等电学性能和短沟道特性。

关键词：无结型场效应晶体管掺杂深度分布短沟道效应双栅

AlGaN/GaN HEMT凹栅槽结构器件的频率特性

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半导体技术 2018年第6期43卷 432-436,467页

作者：肖洋张一川张昇郑英奎雷天民魏珂西安电子科技大学先进材料与纳米科技学院西安710071 中国科学院微电子研究所微电子器件与集成技术重点实验室北京100029

采用一系列不同栅长和结构的T型栅器件来研究凹栅槽结构抑制短沟道效应和提高频率特性的作用。随着栅长不断缩短,短沟道效应逐渐明显,栅长从300 nm缩短至100 nm时,亚阈值摆幅逐渐增大,栅对沟道载流子的控制变弱,且器件出现软夹断现象。... 详细信息

采用一系列不同栅长和结构的T型栅器件来研究凹栅槽结构抑制短沟道效应和提高频率特性的作用。随着栅长不断缩短,短沟道效应逐渐明显,栅长从300 nm缩短至100 nm时,亚阈值摆幅逐渐增大,栅对沟道载流子的控制变弱,且器件出现软夹断现象。凹栅槽结构可以降低器件的亚阈值摆幅,提高开关比,栅长100 nm常规结构器件的亚阈值摆幅为140 mV/dec,开关比为106,而凹栅槽结构器件的亚阈值摆幅下降为95 mV/dec,开关比增大为107,凹栅槽结构明显抑制了短沟道效应。在漏源电压为20 V时,100 nm栅长的凹栅槽结构器件的截止频率和最高振荡频率达到了65.9和191 GHz,同常规结构相比,分别提高了5.78%和4.49%。由于凹栅槽结构缩短了栅金属到二维电子气（2DEG）沟道的间距,增大了纵横比,所以能够改善器件的频率特性。

关键词： AlGaN/GaN HEMT 短沟道效应凹栅槽频率特性

金属栅功函数优化及其后栅工艺对32nm器件性能的模拟研究

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科学技术与工程 2013年第30期21卷 8921-8927页

作者：赵猛施雪捷杨勇胜潘梓诚俞少峰中芯国际集成电路制造(上海)有限公司技术研发中心上海201203

基于Synopsys SWB仿真平台,研究了高K介质金属栅器件中栅功函数变化在N/PMOSFET器件的影响;模拟和分析了金属栅功函数在L gate=32 nm N/PMOSFET器件工作特性提高中的最佳优化方向及其机理。研究结果表明,栅极功函数对N/PMOS器件工作电流... 详细信息

基于Synopsys SWB仿真平台,研究了高K介质金属栅器件中栅功函数变化在N/PMOSFET器件的影响;模拟和分析了金属栅功函数在L gate=32 nm N/PMOSFET器件工作特性提高中的最佳优化方向及其机理。研究结果表明,栅极功函数对N/PMOS器件工作电流I dsat的影响并非简单地单调变化,而是呈现类似钟型分布的特性;存在最佳工作点。同时金属功函数的优化对于器件短沟道效应SCE和关断漏电流的抑制有着显著地影响。此外通过模拟金属栅替代多晶硅栅的应力模拟表明,自去除多晶硅栅到在沉积金属栅的过程中,会对器件沟道区产生明显的应力作用,从而极大提高器件的工作电流特性。因而,采用优化的金属栅代替多晶硅栅结合High-k材料可以有力推动CMOS器件继续沿着摩尔定律向更小器件尺寸的发展。

关键词：金属栅功函数短沟道效应工作电流后栅工艺机械应力

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GaN基FinFET器件结构及特性研究

GaN基FinFET器件结构及特性研究

作者：魏晓晓西安电子科技大学

学位级别：硕士

GaN基HEMT器件由于其高击穿电场,高饱和速度等优越性能,在高频高温大功率器件应用方面有着广泛的前景。为了满足电路集成化程度的提高,当器件尺寸缩小至纳米量级时,短沟道效应会严重影响器件性能。鳍式场效应晶体管(FinFET)具有三维的... 详细信息

GaN基HEMT器件由于其高击穿电场,高饱和速度等优越性能,在高频高温大功率器件应用方面有着广泛的前景。为了满足电路集成化程度的提高,当器件尺寸缩小至纳米量级时,短沟道效应会严重影响器件性能。鳍式场效应晶体管(FinFET)具有三维的立体栅电极结构,栅可以从沟道的三个方向控制二维电子气(2DEG),栅控能力的加强,使得阈值电压正向移动,可以实现增强型器件,同时有效的抑制了短沟道效应。双沟道AlGaN/GaN HEMT器件具有很强的载流子限域性,有助于提高载流子的浓度,得到可观的大电流,FinFET与双沟道结合可以进一步提高器件特性。本文从理论模拟和实验制作上研究了器件结构对FinFET器件特性的影响以及双沟道FinFET器件的特性,研究内容主要包括以下几个方面:(1)本文通过Sentaurus集成化仿真平台模拟了AlGaN/GaN FinFET器件结构,并对比分析了Fin宽、侧栅高度、栅长以及AlGaN势垒层中Al组分的变化对器件特性的影响。在改变Fin宽的情况下,当其由700nm减小至20nm的过程中,器件的阈值电压从-2.78V逐步正移至0.5V,且正移幅度逐渐变大;在Fin宽为60nm时,阈值电压为临界点,其值为0.07V,此时器件已经实现了增强型;同时跨导峰值也逐步增加,从160mS/mm增加至360mS/mm。在改变侧栅高度的情况下,其从0nm增加至110nm的过程中,侧栅高度存在一个临界点40nm。在高度小于40nm时,随着其增加阈值电压从-2.49V大幅度正移至-0.02V;当高度大于40nm后,阈值电压几乎不变。随着侧栅高度增加至110nm,器件的跨导峰值也由159mS/mm逐步增大至302mS/mm。为了研究器件的短沟道效应,在Fin宽分别为20nm、60nm、100nm和500nm下模拟了栅长在1000nm5nm范围内的变化对器件特性的影响。在大栅长1000nm00nm范围内,器件的阈值电压均几乎没有发生变化;在小栅长200nm5nm范围内,20nm Fin宽和500nm Fin宽器件的阈值电压降幅分别为Δ1.31V和Δ8.84V;20nm Fin宽器件的跨导峰值在栅长小于100nm时出现下降,降幅约为Δ78mS/mm,100nmFin宽器件的跨导峰值在栅长小于200nm时出现下降,降幅约为Δ106mS/mm。栅长减小所引起的短沟道效应对器件的性能带来了恶化,而且对于Fin宽较宽的器件,恶化程度更明显,所以FinFET器件的采用可以很有效的抑制短沟道效应。本文仿真了AlGaN势垒层中不同Al组分对器件特性的影响。Al组分在从0.1变化至0.3时,器件沟道中载流子的浓度增多,器件阈值电压由1.15V逐步负移至-0.45V。(2)本文对实验所做的AlGaN/GaN FinFET器件的直流特性进行了分析。常规HEMT器件阈值电压为-3.75V;Fin宽从160nm减小至100nm时,阈值电压相应的从-1.45V逐步正移至-0.8V。说明沟道宽度的减小有效的提高了栅电极对沟道载流子的控制能力。实验结论与模拟仿真得到的结论较为符合,证实了本文所做的模拟工作可以为实验提供较好的参考价值。(3)本文提出了AlGaN/GaN双沟道结合Fin FET的器件结构,对比分析了单、双沟道FinFET器件特性的差异。单、双沟道FinFET器件阈值电压分别约为0.25V和-1.8V,最大漏极电流分别为650mA/mm和982mA/mm,跨导峰值分别为302mS/mm和273mS/mm,且双沟道FinFET器件的跨导在很宽的栅压下维持了较高的值,从开启到关断状态,栅极电压的工作范围变大,使得器件工作的线性度得以提高。本文研究了不同AlGaN势垒层的厚度对双沟道FinFET器件直流特性的影响。当固定第二AlGaN势垒层厚度不变时,第一势垒层厚度的增加使得器件的阈值电压负向移动,跨导峰值有所减小,饱和漏极电流有所增大;当固定第一AlGaN势垒层厚度不变时,第二势垒层厚度的增加使得器件的阈值电压负向移动,跨导峰值有所增加,饱和漏极电流也有所增大。

关键词： FinFET 增强型短沟道效应阈值电压双沟道

一种新型高性能FinFET的设计与特性分析

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半导体技术 2021年第1期46卷 53-58页

作者：吴頔汤乃云上海电力大学电子与信息工程学院上海200090

针对CMOS器件随着技术节点的不断减小而产生的短沟道效应和漏电流较大等问题,设计了一种新型直肠形鳍式场效应晶体管(FinFET),并将该新型器件与传统的矩形结构和梯形结构的FinFET通过Sentaurus TCAD仿真软件进行对比。结果表明,当栅极... 详细信息

针对CMOS器件随着技术节点的不断减小而产生的短沟道效应和漏电流较大等问题,设计了一种新型直肠形鳍式场效应晶体管(FinFET),并将该新型器件与传统的矩形结构和梯形结构的FinFET通过Sentaurus TCAD仿真软件进行对比。结果表明,当栅极长度控制在10 nm时,新型器件相比于另外两种传统的FinFET具有更小的鳍片尺寸,且鳍片高度不低于抑制短沟道效应的临界值。仿真结果显示,这种新型的FinFET具有更好的开关特性和亚阈值特性。同时,该器件在射频方面的特性参数也显示出该器件具有较高性能,并有一定的实际应用价值。

关键词：短沟道效应鳍式场效应晶体管(FinFET) 直肠形器件亚阈值特性 TCAD仿真软件