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[学位]

纳米级围栅MOSFET模型研究

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Author:

刘林林 (刘林林.)

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学位论文库

Abstract:

围栅MOSFET的栅极结构完全包围沟道,拥有最强的栅控能力,对短沟道效应的抑制最为明显,并且具有零拐角效应和较高的集成密度,这些特点使围栅MOSFET成为应用于亚10纳米工艺领域的最理想器件结构。因此,为使研究围栅MOSFET能应用于未来的集成电路设计和仿真中,建立其解析模型就非常必要。本文主要研究了围栅MOS器件的二维表面势模型、短沟道效应、径向量子效应、以及器件的弹道输运模型。首先,在同时考虑耗尽电荷和移动电荷的基础上,通过在圆柱坐标系下求解泊松方程,本文建立了在不同掺杂情况从亚阈值区到强反型区都适用的二维短沟道表面势模型,并采取数学方法将隐式表达的表面势模型转化为显式表达,从而大大提高了模型的计算效率。并在此基础上得到了阈值电压、亚阈值斜率的解析模型,分析了器件的短沟道效应。其次,结合本文建立的表面势模型通过求解基于精确势阱分布的薛定谔方程,本文建立了同时考虑短沟道效应及径向量子效应的围栅MOSFET解析模型,得到了沟道载流子的分立子能级及波函数。通过本文模型与分别使用平带势阱分布和抛物线势阱分布的两种量子模型得到的分立能级的对比,发现本文模型拥有较大的适用范围,对于短沟道和长沟道器件从亚阈值区到强反型区都适用。在此基础上,本文通过等效禁带宽度变宽的原理引入拟合参数对表面势进行了量子修正,得到了器件量子效应影响下载流子的分布,基于载流子平均密度的概念推导了量子阈值电压的表达式,分析了量子效应对阈值电压的影响。再次,建立了围栅MOSFET的弹道输运模型。结合本文建立的基于精确势阱分布的量子效应模型利用通量理论建立了器件的弹道输运模型,模型中反射系数引入了拟合参数,并分别讨论了不同尺寸的器件在弹道输运(不考虑散射)和准弹道输运(考虑散射)下的漏电流的模型。本文利用数值仿真软件对所建立的解析模型进行了验证,结果表明本文模型所得结果的规律与数值仿真结果吻合较好。

Keyword:

围栅MOSFET表面势短沟道效应量子效应弹道输运

Author Community:

  • [ 1 ] 西安交通大学电子与信息工程学院

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Basic Info :

Degree: 工学硕士

Mentor: 李尊朝

Year: 2012

Language: Chinese

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WoS CC Cited Count: 0

30 Days PV: 49

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