异质栅全耗尽应变硅金属氧化物半导体模型化研究

曹磊; 刘红侠; 王冠宇

doi:10.7498/aps.61.017105

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为了进一步提高小尺寸金属氧化物半导体(MOSFET)的性能,在应变硅器件的基础上, 提出了一种新型的异质栅MOSFET器件结构.通过求解二维Poisson方程,结合应变硅技术的物理原理,建立了表面势、表面电场以及阈值电压的物理模型,研究了栅金属长度、功函数以及双轴应变对其的影响. 通过仿真软件ISE TCAD进行模拟仿真,模型计算与数值模拟的结果基本符合. 研究表明：与传统器件相比,本文提出的异质栅应变硅新器件结构的载流子输运效率进一步提高, 可以很好地抑制小尺寸器件的短沟道效应、漏极感应势垒降低效应和热载流子效应, 使器件性能得到了很大的提升.

关键词:

作者及机构信息

1.
西安电子科技大学微电子学院,宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室, 西安 710071

基金项目: 国家自然科学基金(批准号：60976068, 60936005)和教育部科技创新工程重大项目培育基金(批准号：708083)资助的课题.

参考文献

[1]	Fiegna C 1994 IEEE Trans. Electron Dev. ED-41 941
[2]	Hisamoto D, Kedzierski J 2000 IEEE Trans.Electron Dev. 47 2320
[3]	Zhang H M, Cui X Y, Hu H Y, Dai X Y, Xuan R X 2007 Acta Phys. Sin. 56 3504 (in Chinese) [张鹤鸣,崔晓英,胡辉勇,戴显英,宣荣喜 2007 物理学报 56 3504]
[4]	Zhou X 2000 IEEE Trans. Electron Dev. 47 113
[5]	LongW, Qu H J, JenMK 1999 IEEE Trans. Electron Dev. 46 865
[6]	Venkataraman V, Kumar M J 2007 IEEE Trans. Electron Dev. 54 554
[7]	Kumar M J, Venkataraman V 2006 IEEE Trans. Electron Dev. 53 1780
[8]	Yao F, Xue C L, Cheng B W, Wang Q M 2007 Acta Phys. Sin. 56 6654 (in Chinese) [姚飞,薛春来,成步文,王启明 2007 物理学报 56 6654]
[9]	Song J J, Zhang H M, Hu H Y, Dai X Y, Xuan R X 2007 Chin. Phys. 16 3827
[10]	Kim S J, Shim T H, Choi K R, Park J G 2009 Semicond. Sci. Technol. 24 035014

施引文献

[1]	Fiegna C 1994 IEEE Trans. Electron Dev. ED-41 941
[2]	Hisamoto D, Kedzierski J 2000 IEEE Trans.Electron Dev. 47 2320
[3]	Zhang H M, Cui X Y, Hu H Y, Dai X Y, Xuan R X 2007 Acta Phys. Sin. 56 3504 (in Chinese) [张鹤鸣,崔晓英,胡辉勇,戴显英,宣荣喜 2007 物理学报 56 3504]
[4]	Zhou X 2000 IEEE Trans. Electron Dev. 47 113
[5]	LongW, Qu H J, JenMK 1999 IEEE Trans. Electron Dev. 46 865
[6]	Venkataraman V, Kumar M J 2007 IEEE Trans. Electron Dev. 54 554
[7]	Kumar M J, Venkataraman V 2006 IEEE Trans. Electron Dev. 53 1780
[8]	Yao F, Xue C L, Cheng B W, Wang Q M 2007 Acta Phys. Sin. 56 6654 (in Chinese) [姚飞,薛春来,成步文,王启明 2007 物理学报 56 6654]
[9]	Song J J, Zhang H M, Hu H Y, Dai X Y, Xuan R X 2007 Chin. Phys. 16 3827
[10]	Kim S J, Shim T H, Choi K R, Park J G 2009 Semicond. Sci. Technol. 24 035014

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[5]	刘翔宇, 胡辉勇, 张鹤鸣, 宣荣喜, 宋建军, 舒斌, 王斌, 王萌. 具有poly-Si1-xGex栅的应变SiGep型金属氧化物半导体场效应晶体管阈值电压漂移模型研究. 物理学报, 2014, 63(23): 237302. doi: 10.7498/aps.63.237302
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[13]	范敏敏, 徐静平, 刘璐, 白玉蓉, 黄勇. 高k栅介质GeOI金属氧化物半导体场效应管阈值电压和亚阈斜率模型及其器件结构设计. 物理学报, 2014, 63(8): 087301. doi: 10.7498/aps.63.087301
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[20]	李聪, 庄奕琪, 韩茹, 张丽, 包军林. 非对称HALO掺杂栅交叠轻掺杂漏围栅MOSFET的解析模型. 物理学报, 2012, 61(7): 078504. doi: 10.7498/aps.61.078504

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异质栅全耗尽应变硅金属氧化物半导体模型化研究

1. 西安电子科技大学微电子学院,宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室, 西安 710071

基金项目:

国家自然科学基金(批准号：60976068, 60936005)和教育部科技创新工程重大项目培育基金(批准号：708083)资助的课题.

收稿日期: 2011-02-23

修回日期: 2011-04-21

刊出日期: 2012-01-05

摘要: 为了进一步提高小尺寸金属氧化物半导体(MOSFET)的性能,在应变硅器件的基础上, 提出了一种新型的异质栅MOSFET器件结构.通过求解二维Poisson方程,结合应变硅技术的物理原理,建立了表面势、表面电场以及阈值电压的物理模型,研究了栅金属长度、功函数以及双轴应变对其的影响. 通过仿真软件ISE TCAD进行模拟仿真,模型计算与数值模拟的结果基本符合. 研究表明：与传统器件相比,本文提出的异质栅应变硅新器件结构的载流子输运效率进一步提高, 可以很好地抑制小尺寸器件的短沟道效应、漏极感应势垒降低效应和热载流子效应, 使器件性能得到了很大的提升.

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