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随着集成电路工艺技术的进步,CMOS器件的沟道长度逐渐缩短。各种小尺寸效应包括短沟道效应(SCE)、量子化效应(QE)对器件的影响越来越显著,严重影响器件的性能和可靠性。本文针对纳米尺度CMOS器件出现的SCE和QE进行了深入的研究。
论文首先分析了SCE的成因及其对纳米CMOS器件性能的影响。研究结果表明SCE导致阈值电压降低,亚阈值摆动增大,很容易引起器件的失效。为抑制SCE,进行沟道非均匀掺杂和寻求器件新结构是两种行之有效的方法。通过理论及数据对比分析得知,这些方法在抑制SCE方面效果明显。
其次通过理论及公式推导分析QE对纳米CMOS器件性能的影响,包括对阈值电压、载流子输运、栅氧隧穿电流、栅介质电容和迁移率的影响,重点分析了对阈值电压的影响。通过对传统阈值电压模型的修正,得到考虑二维QE后的阈值电压模型,二维QE导致阈值电压增大。通过把理论计算与实验测量值进行有效的对比分析,证明了所建立模型的合理正确性。
此外,分析了SCE和QE共同作用对纳米尺度CMOS器件阈值电压的影响。通过与只考虑SCE的阈值电压模型的对比分析,发现QE延缓了由于SCE而引起阈值电压减小的速率,而且随衬底掺杂浓度的增大,QE的影响逐渐占主导地位。
论文的最后,对具有应用前景的三种固态量子电子器件做了一个简单的分析。