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物理学报 2021年第15期70卷 249-256页

作者：刘佳文姚若河刘玉荣耿魁伟华南理工大学电子与信息学院广州510641

圆柱形双栅场效应晶体管(CSDG MOSFET)是在围栅MOSFET器件增加内部控制栅而形成,与双栅、三栅及围栅MOSFET器件相比,圆柱形双栅MOSFET提供了更好的栅控性能和输出特性.本文通过求解圆柱坐标系下的二维泊松方程,得到了圆柱形双栅MOSFET... 详细信息

圆柱形双栅场效应晶体管(CSDG MOSFET)是在围栅MOSFET器件增加内部控制栅而形成,与双栅、三栅及围栅MOSFET器件相比,圆柱形双栅MOSFET提供了更好的栅控性能和输出特性.本文通过求解圆柱坐标系下的二维泊松方程,得到了圆柱形双栅MOSFET的电势模型;进一步对反型电荷沿沟道积分,建立其漏源电流模型.分析讨论了圆柱形双栅MOSFET器件的电学特性,结果表明:圆柱形双栅MOSFET外栅沿沟道的最小表面势和器件的阈值电压随栅介质层介电常数的增大而减小,其漏源电流和跨导随栅介质层介电常数的增大而增大;随着器件参数的等比例缩小,沟道反型电荷密度减小,其漏源电流和跨导也减小.

关键词：圆柱形双栅场效应晶体管模型栅介质电学特性

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三维金属氧化物半导体场效应管的模型和电学特性研究

三维金属氧化物半导体场效应管的模型和电学特性研究

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作者：刘佳文华南理工大学

学位级别：硕士

随着芯片集成度的不断提高,金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)在尺寸缩小的过程中受到短沟道效应的制约,三维MOS器件鳍式栅场效应晶体管(FinFET)和圆柱形双栅场效应晶体管(CSDG MOSFET)通过增加栅极对沟道的控制面积来提高栅控能力,从... 详细信息

随着芯片集成度的不断提高,金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)在尺寸缩小的过程中受到短沟道效应的制约,三维MOS器件鳍式栅场效应晶体管(FinFET)和圆柱形双栅场效应晶体管(CSDG MOSFET)通过增加栅极对沟道的控制面积来提高栅控能力,从而提高输出电流及对短沟道效应的抑制能力,是未来器件的发展方向。因此,建立FinFET和CSDG MOSFET的模型,研究它们的电学特性规律,对更好地理解和应用这些三维MOS器件有着重要意义。本文对FinFET和CSDG MOSFET的电势和电流进行了建模,研究了不同结构参数对FinFET和CSDG MOSFET的电学特性的影响。鳍式栅场效应晶体管的电势模型,先通过求解非对称DG FinFET和对称DG FinFET的二维泊松方程,在此基础上通过周长加权和的方法得出FinFET的电势,电流模型通过对FinFET沟道电荷密度的积分得到。分析讨论了不同参数下FinFET的电学特性,结果表明:FinFET的最小表面势随栅极长度的减小而增加,随Fin高、Fin宽或栅介质层厚度的减小而减小;高K栅介质材料通过提高栅电容来增大FinFET的栅控能力,提高输出电流;FinFET电势最小处位于Fin的中心处;FinFET的输出电流随沟道长度的增大和栅介质厚度的增加而减小。圆柱形双栅场效应晶体管的电势模型,先将圆柱坐标系下的二维泊松方程分解为一维泊松方程和二维拉普拉斯方程的和,结合边界条件分别求解得到CSDG MOSFET的电势;进一步对反型电荷沿沟道积分,建立其漏源电流模型。数值仿真验证了CSDG MOSFET电势模型和电流模型的准确性。分析讨论了圆柱形双栅MOSFET器件的电学特性,结果表明:圆柱形双栅MOSFET外栅沿沟道的最小表面势和器件的阈值电压随栅介质层介电常数的增加而减小,其漏源电流和跨导随栅介质层介电常数的增加而增大;随着器件参数的等比例缩小,沟道反型电荷密度减小,其漏源电流和跨导也减小。对FinFET、CSDG MOSFET和围栅MOSFET进行了性能比较,栅极控制面积更大的CSDG MOSFET表现出比FinFET更好的驱动电流、亚阈值摆幅和DIBL值。与平面MOSFET和围栅MOSFET相比,FinFET和CSDG MOSFET都有更强的栅控能力,更好的输出特性和对短沟道效应更好的抑制能力。

关键词：鳍式栅场效应晶体管圆柱形双栅场效应晶体管模型电学特性

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