理想倒掺杂MOS器件解析模型的研究

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CMOS器件的发展使我们整个世界发生了革命性的转变,微电子技术以其飞快的发展速度影响着人类社会的生产和生活等各方面。但随着MOSFET器件沟道长度的不断减小,传统体硅CMOS器件由于短沟效应,其偏离长沟道特性越来越明显,特征尺寸越来越接近其物理极限,晶体管性能开始退化,从而使得器件尺寸进一步的缩小变得困难。   为解决上述问题,人们提出了两种方案。第一种就是引入新的工艺技术和新材料技术到体硅CMOS技术中来进一步提高晶体管的性能,另一种方案就是使用新的晶体管结构来增强栅极对沟道的控制能力。本文所研究的倒掺杂结构阱工程便属于第一种方法。倒掺杂结构能够很好的抑制短沟效应,而由于其采用平面体硅CMOS制造工艺,从而相对新型MOS结构来说可以节约制造成本。由于其在工业界中仍然存在广泛的应用,为了更加深入地理解其晶体管物理及其器件工作性能,建立倒掺杂器件仿真模型很有必要。   本研究针对采用LICT技术制造的倒掺杂结构器件——超陡峭倒掺杂结构场效应晶体管,发展了其完全基于物理的器件解析模型,并讨论了器件各参数对器件工作性能的影响。本文首先从电势模型入手,采用国际最新发展的针对双栅器件的Alfa-Beta研究方法,解析求解了其沟道内部电势与电场的分布。同时利用基于电势的处理方法,推导出了其完全解析的沟道电流表达式。最后,通过采用基于电荷的处理方法,推导了完全解析的电荷与电容模型。模型利用数值模拟结果进行了验证,并且与国际目前最新的片电荷模型进行了对比。通过仿真验证可知,这一整套模型在准确度与工作范围上都优于片电荷模型。同时,利用解析的方法讨论了重掺杂区掺杂浓度以及轻掺杂层厚度对倒掺杂器件性能的影响。  
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