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应变Si n型金属氧化物半导体场效应晶体管电荷模型

周春宇 张鹤鸣 胡辉勇 庄奕琪 吕懿 王斌 王冠宇

应变Si n型金属氧化物半导体场效应晶体管电荷模型

周春宇, 张鹤鸣, 胡辉勇, 庄奕琪, 吕懿, 王斌, 王冠宇
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  • 基于应变Si/SiGe器件结构,本文建立了统一的应变Si NMOSFET电荷模型. 该模型采用电荷作为状态变量,解决了电荷守恒问题. 同时采用平滑函数,实现了应变Si NMOSFET端口电荷及其电容,从亚阈值区到强反型区以及从线性区到饱和区的平滑性,解决了模型的连续性问题. 然后采用模拟硬件描述语言Verilog-A建立了电容模型. 通过将模型的仿真结果和实验结果对比分析,验证了所建模型的有效性. 该模型可为应变Si集成电路分析、设计提供重要参考.
    • 基金项目: 教育部博士点基金(批准号:JY0300122503)、中央高校基本业务费(批准号:K5051225014;K5051225004)和陕西省自然科学基金(批准号:2010JQ8008)资助的课题.
    [1]

    O’Neil A G, Antoniadis D A 1996 IEEE Trans. Electron Devices 43 911

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    Wang G Y, Zhang H M, Wang X Y, Wu T F, Wang B 2011 Acta Phys. Sin. 60 077106 (in Chinese)[王冠宇, 张鹤鸣, 王晓艳, 吴铁峰, 王斌 2011 物理学报 60 077106]

    [3]

    Wang B, Zhang H M, Hu H Y, Zhang Y M, Shu B, Zhou C Y, Li Y C, L L 2013 Acta Phys. Sin. 62 057103 (in Chinese)[王斌, 张鹤鸣, 胡辉勇, 张玉明, 舒斌, 周春宇, 李妤晨, 吕懿 2013 物理学报 62 057103]

    [4]

    Wei J Y, Maikap S, Lee M H, Lee C C, Liu C W 2006 Solid-State Electronics 50 109

    [5]

    Chandrasekaran K, Xin Z, Chiah S B, See G H, Bera L K, Balasubramanian N, Rustagi S C 2006 IEEE Electron Devices Lett. 27 62

    [6]

    Liao J H, Canonico M, Robinson M, Schroder D K 2006 ECS Trans. 3 1211

    [7]

    Bindu B, Nandita D G, Amitava D G 2006 IEEE Trans. Electron Devices 53 1411

    [8]

    Ytterdal T, Cheng Y H, Fjeldly T A 2003 Device Modeling for Analog and RF CMOS Circuit Design (England: John Wiley & Sons Ltd) p7

    [9]

    Carlos G M, Marcio C S 2007 MOSFET Modeling for Circuit Analysis and Design (Singapore: World Scientific Press) p163

    [10]

    Arora N 2007 MOSFET Modeling for VLSI Simulation (Singapore: World Scientific Press) p12–68

    [11]

    Yannis T, Colin M 2011 Operation and Modeling of the MOS Transistor (3rd Ed.)(New York: Oxford University Press)p600–638

    [12]

    Fossum J G, Jeong H, Veeraeaghavan S 1986 IEEE Trans. Electron Devices 33 1621

    [13]

    Zhou C Y, Zhang H M, Hu H Y, Zhuang Y Q, Su B, Wang B, Wang G Y 2013 Acta Phys. Sin. 62 077103 (in Chinese)[周春宇, 张鹤鸣, 胡辉勇, 庄奕琪, 舒斌, 王斌, 王冠宇2013 物理学报 62 077103]

    [14]

    Cheng Y H, Jeng M C, Liu Z H, Huang J H, Chen K, Ping K K, Hu C M 1997 IEEE Trans. Electron Devices 44 280

  • [1]

    O’Neil A G, Antoniadis D A 1996 IEEE Trans. Electron Devices 43 911

    [2]

    Wang G Y, Zhang H M, Wang X Y, Wu T F, Wang B 2011 Acta Phys. Sin. 60 077106 (in Chinese)[王冠宇, 张鹤鸣, 王晓艳, 吴铁峰, 王斌 2011 物理学报 60 077106]

    [3]

    Wang B, Zhang H M, Hu H Y, Zhang Y M, Shu B, Zhou C Y, Li Y C, L L 2013 Acta Phys. Sin. 62 057103 (in Chinese)[王斌, 张鹤鸣, 胡辉勇, 张玉明, 舒斌, 周春宇, 李妤晨, 吕懿 2013 物理学报 62 057103]

    [4]

    Wei J Y, Maikap S, Lee M H, Lee C C, Liu C W 2006 Solid-State Electronics 50 109

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    [6]

    Liao J H, Canonico M, Robinson M, Schroder D K 2006 ECS Trans. 3 1211

    [7]

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    [8]

    Ytterdal T, Cheng Y H, Fjeldly T A 2003 Device Modeling for Analog and RF CMOS Circuit Design (England: John Wiley & Sons Ltd) p7

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    Carlos G M, Marcio C S 2007 MOSFET Modeling for Circuit Analysis and Design (Singapore: World Scientific Press) p163

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    [14]

    Cheng Y H, Jeng M C, Liu Z H, Huang J H, Chen K, Ping K K, Hu C M 1997 IEEE Trans. Electron Devices 44 280

  • [1] 李斌, 刘红侠, 袁博, 李劲, 卢凤铭. 应变Si/Si1-xGex n型金属氧化物半导体场效应晶体管反型层中的电子迁移率模型. 物理学报, 2011, 60(1): 017202. doi: 10.7498/aps.60.017202
    [2] 吕懿, 张鹤鸣, 胡辉勇, 杨晋勇, 殷树娟, 周春宇. 单轴应变硅N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管电容特性模型. 物理学报, 2015, 64(6): 067305. doi: 10.7498/aps.64.067305
    [3] 张鹤鸣, 王冠宇, 胡辉勇, 吴铁峰. 小尺寸应变Si金属氧化物半导体场效应晶体管栅隧穿电流预测模型. 物理学报, 2011, 60(2): 027305. doi: 10.7498/aps.60.027305
    [4] 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
    [5] 辛艳辉, 刘红侠, 王树龙, 范小娇. 对称三材料双栅应变硅金属氧化物半导体场效应晶体管二维解析模型. 物理学报, 2014, 63(14): 148502. doi: 10.7498/aps.63.148502
    [6] 张梦, 姚若河, 刘玉荣. 纳米尺度金属-氧化物半导体场效应晶体管沟道热噪声模型. 物理学报, 2020, 69(5): 057101. doi: 10.7498/aps.69.20191512
    [7] 余学峰, 任迪远, 高博, 崔江维, 兰博, 李明, 王义元. p型金属氧化物半导体场效应晶体管低剂量率辐射损伤增强效应模型研究. 物理学报, 2011, 60(6): 068702. doi: 10.7498/aps.60.068702
    [8] 陈建军, 陈书明, 梁斌, 刘必慰, 池雅庆, 秦军瑞, 何益百. p型金属氧化物半导体场效应晶体管界面态的积累对单粒子电荷共享收集的影响. 物理学报, 2011, 60(8): 086107. doi: 10.7498/aps.60.086107
    [9] 刘红侠, 尹湘坤, 刘冰洁, 郝跃. 应变绝缘层上硅锗p型金属氧化物场效应晶体管的阈值电压解析模型. 物理学报, 2010, 59(12): 8877-8882. doi: 10.7498/aps.59.8877
    [10] 彭绍泉, 杜 磊, 何 亮, 陈伟华, 庄奕琪, 包军林. 基于辐照前1/f噪声的金属-氧化物-半导体场效应晶体管辐照退化模型. 物理学报, 2008, 57(8): 5205-5211. doi: 10.7498/aps.57.5205
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-08-29
  • 修回日期:  2013-09-12
  • 刊出日期:  2014-01-05

应变Si n型金属氧化物半导体场效应晶体管电荷模型

  • 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重点实验室, 西安 710071;
  • 2. 重庆邮电大学光电工程学院, 重庆 400065
    基金项目: 

    教育部博士点基金(批准号:JY0300122503)、中央高校基本业务费(批准号:K5051225014

    K5051225004)和陕西省自然科学基金(批准号:2010JQ8008)资助的课题.

摘要: 基于应变Si/SiGe器件结构,本文建立了统一的应变Si NMOSFET电荷模型. 该模型采用电荷作为状态变量,解决了电荷守恒问题. 同时采用平滑函数,实现了应变Si NMOSFET端口电荷及其电容,从亚阈值区到强反型区以及从线性区到饱和区的平滑性,解决了模型的连续性问题. 然后采用模拟硬件描述语言Verilog-A建立了电容模型. 通过将模型的仿真结果和实验结果对比分析,验证了所建模型的有效性. 该模型可为应变Si集成电路分析、设计提供重要参考.

English Abstract

参考文献 (14)

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