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量子阱Si/SiGe/Sip型场效应管阈值电压和沟道空穴面密度模型

李立 刘红侠 杨兆年

量子阱Si/SiGe/Sip型场效应管阈值电压和沟道空穴面密度模型

李立, 刘红侠, 杨兆年
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  • Si材料中较低的空穴迁移率限制了Si互补金属氧化物半导体器 件在高频领域的应用. 针对SiGe p型金属氧化物半导体场效应管(PMOSFET)结构, 通过求解纵向一维泊松方程,得到了器件的纵向电势分布, 并在此基础上建立了器件的阈值电压模型,讨论了Ge组分、缓冲层厚度、 Si帽层厚度和衬底掺杂对阈值电压的影响.由于SiGe沟道层较薄, 计算中考虑了该层价带势阱中的量子化效应. 当栅电压绝对值过大时, 由于能带弯曲和能级分裂造成SiGe沟道层中的空穴会越过势垒到达Si/SiO2界面, 从而引起器件性能的退化. 建立了量子阱SiGe PMOSFET沟道层的空穴面密度模型, 提出了最大工作栅电压的概念, 对由栅电压引起的沟道饱和进行了计算和分析. 研究结果表明,器件的阈值电压和最大工作栅压与SiGe层Ge组分关系密切, Ge组分的适当提高可以使器件工作栅电压范围有效增大.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 61076097, 60936005)资助的课题.
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    Currie T, Leitz C W, Langdo T A, Taraschi G, Fitzgerald E A, Antoniadis D A 2001 J. Vac. Sci. Tech. B 19 2268

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    Bindu B, Gupta N D, Gupta A D 2006 Solid-State Electronics 50 448

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    Arora N (translated by Zhang X) 1999 MOSFET Models for VLSI Circuit simulation: Theory and Practice (1st Ed.) (Beijing: Science Press) p213 (in Chinese) [艾罗拉 N著(张兴译) 1999 用于VLSI模拟的小尺寸MOS器件模型: 理论与实践 (第一版) (北京: 科学出版社) 第213页]

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出版历程
  • 收稿日期:  2011-12-13
  • 修回日期:  2012-01-19
  • 刊出日期:  2012-08-20

量子阱Si/SiGe/Sip型场效应管阈值电压和沟道空穴面密度模型

  • 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: 61076097, 60936005)资助的课题.

摘要: Si材料中较低的空穴迁移率限制了Si互补金属氧化物半导体器 件在高频领域的应用. 针对SiGe p型金属氧化物半导体场效应管(PMOSFET)结构, 通过求解纵向一维泊松方程,得到了器件的纵向电势分布, 并在此基础上建立了器件的阈值电压模型,讨论了Ge组分、缓冲层厚度、 Si帽层厚度和衬底掺杂对阈值电压的影响.由于SiGe沟道层较薄, 计算中考虑了该层价带势阱中的量子化效应. 当栅电压绝对值过大时, 由于能带弯曲和能级分裂造成SiGe沟道层中的空穴会越过势垒到达Si/SiO2界面, 从而引起器件性能的退化. 建立了量子阱SiGe PMOSFET沟道层的空穴面密度模型, 提出了最大工作栅电压的概念, 对由栅电压引起的沟道饱和进行了计算和分析. 研究结果表明,器件的阈值电压和最大工作栅压与SiGe层Ge组分关系密切, Ge组分的适当提高可以使器件工作栅电压范围有效增大.

English Abstract

参考文献 (10)

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