搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

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

吴铁峰 张鹤鸣 王冠宇 胡辉勇

引用本文:
Citation:

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

吴铁峰, 张鹤鸣, 王冠宇, 胡辉勇

Gate tunneling current predicting model of strained Si for scaled metal-oxide semiconductor field effect transistor

Wu Tie-Feng, Zhang He-Ming, Wang Guan-Yu, Hu Hui-Yong
PDF
导出引用
  • 小尺寸金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件由于具有超薄的氧化层、关态栅隧穿漏电流的存在严重地影响了器件的性能,应变硅MOSFET器件也存在同样的问题.为了说明漏电流对新型应变硅器件性能的影响,文中利用积分方法从准二维表面势分析开始,提出了小尺寸应变硅MOSFET栅隧穿电流的理论预测模型,并在此基础上使用二维器件仿真软件ISE进行了仔细的比对研究,定量分析了在不同栅压、栅氧化层厚度下MOSFET器件的性能.仿真结果很好地与理论分析相符合,为超大规模集成电路的设计提供了有价值的参考.
    For scaled metal-oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) devices, normal operation is seriously affected by the static gate tunneling leakage current due to the ultra-thin gate oxide of MOSFET, and the novel MOSFET devices based on strained Si are similar to bulk Si devices in the effects. To illustrate the impact of gate leakage current on performance of novel strained Si device, a theoretical gate tunneling current predicting model by integral approach following the analysis of quasi-two-dimensional surface potential is presented in this study. On the basis of theoretical model, performance of MOSFET device was quantitatively studied in detail using ISE simulator, including different gate voltages and gate oxide thickness. The experiments show that simulation results agree well with theoretical analysis, and the theory and experimental data will contribute to future VLSI circuit design.
    [1]

    Irisawa T, Numata T, Toyoda E, Hirashita N, Tezuka T, Sugiyama N, Takagi S I 2008 IEEE Trans. Electron Dev. 55 3159

    [2]

    Mondal I, Dutta A K 2008 IEEE Trans. Electron Dev. 55 1682

    [3]

    Lin C H, Kuo J B, Su K W, Liu S 2006 Electro. Lett. 42 182

    [4]

    Yang N, Henson W K, Wortman J 2000 IEEE Trans. Electron Dev. 47 1634

    [5]

    Joshi G, Singh D N, Thangjam S 2008 IEEE Conference Arlington Texas p37

    [6]

    Song J J, Zhang H M, Hu H Y, Xuan R X, Dai X Y 2010 Acta Phys. Sin. 59 579 (in Chinese)[宋建军、张鹤鸣、胡辉勇、宣荣喜、戴显英 2010 物理学报 59 579 ]

    [7]

    Chen W B, Xu J P, Zou X, Li Y P, Xu S G, Hu Z F 2006 Acta Phys.Sin. 56 5036 (in Chinese)[陈卫兵、徐静平、邹 晓、李 艳萍、许胜国、胡致富 2006 物理学报56 5036] 〖8] Cao Y R, Ma X H, Hao Y, Hu S G 2010 Chin. Phys. B 19 047307

    [8]

    Padhi R, Kothari M 2009 Int. J. Innova. Comp., Inf. Cont. 5 399

    [9]

    Zhang Z F, Zhang H M, Hu H Y, Xuan R X, Song J J 2009 Acta Phys.Sin. 58 4948 (in Chinese)[张志锋、张鹤鸣、胡辉勇、宣荣喜、宋建军 2009 物理学报 58 4948]

    [10]

    Pavel A A, Sharma A, Islam N 2008 IEEE Electron Dev. Lett. 29 1370

    [11]

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

    [12]

    Song J J, Zhang H M, Hu H Y, Xuan R X, Dai X Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 4958 (in Chinese)[宋建军、张鹤鸣、胡辉勇、宣 荣喜、戴显英 2009 物理学报58 4958 ] 〖14] Zhang W M, Fossum J G 2005 IEEE Trans.Electron Dev. 52 263

    [13]

    Mukhopadhyay S, Neau C, Cakici R 2003 IEEE Trans. Syst. 11 716

    [14]

    Cao K, Lee W C, Liu W, Liu W, Jin X, Su P, Fung S K H, An J X, Yu B, Hu C 2000 In IEDM Tech. Digest. San Francisco CA p815

    [15]

    Yang L F, Watling J R, Richard C W, Mirela B, Barker J R, Asen A, Scott R 2004 Semicond. Sci. Technol. 19 1174

    [16]

    Du G, Liu X Y, Xia Z L, Yang J F, Han R Q 2010 Chin. Phys. B 19 057304

    [17]

    Lin C Y, Liu C W 1997 Appl. Phy. Lett. 70 1441

  • [1]

    Irisawa T, Numata T, Toyoda E, Hirashita N, Tezuka T, Sugiyama N, Takagi S I 2008 IEEE Trans. Electron Dev. 55 3159

    [2]

    Mondal I, Dutta A K 2008 IEEE Trans. Electron Dev. 55 1682

    [3]

    Lin C H, Kuo J B, Su K W, Liu S 2006 Electro. Lett. 42 182

    [4]

    Yang N, Henson W K, Wortman J 2000 IEEE Trans. Electron Dev. 47 1634

    [5]

    Joshi G, Singh D N, Thangjam S 2008 IEEE Conference Arlington Texas p37

    [6]

    Song J J, Zhang H M, Hu H Y, Xuan R X, Dai X Y 2010 Acta Phys. Sin. 59 579 (in Chinese)[宋建军、张鹤鸣、胡辉勇、宣荣喜、戴显英 2010 物理学报 59 579 ]

    [7]

    Chen W B, Xu J P, Zou X, Li Y P, Xu S G, Hu Z F 2006 Acta Phys.Sin. 56 5036 (in Chinese)[陈卫兵、徐静平、邹 晓、李 艳萍、许胜国、胡致富 2006 物理学报56 5036] 〖8] Cao Y R, Ma X H, Hao Y, Hu S G 2010 Chin. Phys. B 19 047307

    [8]

    Padhi R, Kothari M 2009 Int. J. Innova. Comp., Inf. Cont. 5 399

    [9]

    Zhang Z F, Zhang H M, Hu H Y, Xuan R X, Song J J 2009 Acta Phys.Sin. 58 4948 (in Chinese)[张志锋、张鹤鸣、胡辉勇、宣荣喜、宋建军 2009 物理学报 58 4948]

    [10]

    Pavel A A, Sharma A, Islam N 2008 IEEE Electron Dev. Lett. 29 1370

    [11]

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

    [12]

    Song J J, Zhang H M, Hu H Y, Xuan R X, Dai X Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 4958 (in Chinese)[宋建军、张鹤鸣、胡辉勇、宣 荣喜、戴显英 2009 物理学报58 4958 ] 〖14] Zhang W M, Fossum J G 2005 IEEE Trans.Electron Dev. 52 263

    [13]

    Mukhopadhyay S, Neau C, Cakici R 2003 IEEE Trans. Syst. 11 716

    [14]

    Cao K, Lee W C, Liu W, Liu W, Jin X, Su P, Fung S K H, An J X, Yu B, Hu C 2000 In IEDM Tech. Digest. San Francisco CA p815

    [15]

    Yang L F, Watling J R, Richard C W, Mirela B, Barker J R, Asen A, Scott R 2004 Semicond. Sci. Technol. 19 1174

    [16]

    Du G, Liu X Y, Xia Z L, Yang J F, Han R Q 2010 Chin. Phys. B 19 057304

    [17]

    Lin C Y, Liu C W 1997 Appl. Phy. Lett. 70 1441

  • [1] 李逢超, 付宇, 李超, 杨建刚, 胡春波. 铝液滴撞击曲面的流动特性分析. 物理学报, 2022, 0(0): 0-0. doi: 10.7498/aps.71.20220442
    [2] 芦宾, 王大为, 陈宇雷, 崔艳, 苗渊浩, 董林鹏. 纳米线环栅隧穿场效应晶体管的电容模型. 物理学报, 2021, 70(21): 218501. doi: 10.7498/aps.70.20211128
    [3] 郝敏如, 胡辉勇, 廖晨光, 王斌, 赵小红, 康海燕, 苏汉, 张鹤鸣. 射线总剂量辐照对单轴应变Si纳米n型金属氧化物半导体场效应晶体管栅隧穿电流的影响. 物理学报, 2017, 66(7): 076101. doi: 10.7498/aps.66.076101
    [4] 辛艳辉, 刘红侠, 王树龙, 范小娇. 堆叠栅介质对称双栅单Halo应变Si金属氧化物半导体场效应管二维模型. 物理学报, 2014, 63(24): 248502. doi: 10.7498/aps.63.248502
    [5] 吕懿, 张鹤鸣, 胡辉勇, 杨晋勇. 单轴应变SiNMOSFET热载流子栅电流模型. 物理学报, 2014, 63(19): 197103. doi: 10.7498/aps.63.197103
    [6] 闫靓, 陈克安, Ruedi Stoop. 多声源共同作用下的混合声剂量值预测方法研究. 物理学报, 2014, 63(5): 054302. doi: 10.7498/aps.63.054302
    [7] 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
    [8] 辛艳辉, 刘红侠, 范小娇, 卓青青. 非对称Halo异质栅应变Si SOI MOSFET的二维解析模型. 物理学报, 2013, 62(15): 158502. doi: 10.7498/aps.62.158502
    [9] 闫靓, 陈克安, Ruedi Stoop. 多噪声源共同作用下的总烦恼度评价与预测. 物理学报, 2012, 61(16): 164301. doi: 10.7498/aps.61.164301
    [10] 曹磊, 刘红侠, 王冠宇. 异质栅全耗尽应变硅金属氧化物半导体模型化研究. 物理学报, 2012, 61(1): 017105. doi: 10.7498/aps.61.017105
    [11] 王冠宇, 张鹤鸣, 王晓艳, 吴铁峰, 王斌. 亚100 nm应变Si/SiGe nMOSFET阈值电压二维解析模型. 物理学报, 2011, 60(7): 077106. doi: 10.7498/aps.60.077106
    [12] 秦珊珊, 张鹤鸣, 胡辉勇, 屈江涛, 王冠宇, 肖庆, 舒钰. 应变Si全耗尽SOI MOSFET二维亚阈电流模型. 物理学报, 2011, 60(5): 058501. doi: 10.7498/aps.60.058501
    [13] 吴华英, 张鹤鸣, 宋建军, 胡辉勇. 单轴应变硅nMOSFET栅隧穿电流模型. 物理学报, 2011, 60(9): 097302. doi: 10.7498/aps.60.097302
    [14] 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
    [15] 汤乃云. GaMnN铁磁共振隧穿二极管自旋电流输运以及极化效应的影响. 物理学报, 2009, 58(5): 3397-3401. doi: 10.7498/aps.58.3397
    [16] 王沙, 杨志安. 光子晶格中光束演化的二能级模型及非线性Landau-Zener隧穿. 物理学报, 2009, 58(6): 3699-3706. doi: 10.7498/aps.58.3699
    [17] 张志锋, 张鹤鸣, 胡辉勇, 宣荣喜, 宋建军. 应变Si沟道nMOSFET阈值电压模型. 物理学报, 2009, 58(7): 4948-4952. doi: 10.7498/aps.58.4948
    [18] 宋建军, 张鹤鸣, 戴显英, 胡辉勇, 宣荣喜. 第一性原理研究应变Si/(111)Si1-xGex能带结构. 物理学报, 2008, 57(9): 5918-5922. doi: 10.7498/aps.57.5918
    [19] 陈卫兵, 徐静平, 邹 晓, 李艳萍, 许胜国, 胡致富. 小尺寸MOSFET隧穿电流解析模型. 物理学报, 2006, 55(10): 5036-5040. doi: 10.7498/aps.55.5036
    [20] 马鹏辉, 刘有延, 邹南之, 周义昌. 二维准晶顶角模型的电子性质. 物理学报, 1990, 39(8): 100-107. doi: 10.7498/aps.39.100
计量
  • 文章访问数:  6175
  • PDF下载量:  829
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2010-04-15
  • 修回日期:  2010-05-26
  • 刊出日期:  2011-01-05

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

  • 1. (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)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;佳木斯大学信息电子技术学院,佳木斯 154007

摘要: 小尺寸金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件由于具有超薄的氧化层、关态栅隧穿漏电流的存在严重地影响了器件的性能,应变硅MOSFET器件也存在同样的问题.为了说明漏电流对新型应变硅器件性能的影响,文中利用积分方法从准二维表面势分析开始,提出了小尺寸应变硅MOSFET栅隧穿电流的理论预测模型,并在此基础上使用二维器件仿真软件ISE进行了仔细的比对研究,定量分析了在不同栅压、栅氧化层厚度下MOSFET器件的性能.仿真结果很好地与理论分析相符合,为超大规模集成电路的设计提供了有价值的参考.

English Abstract

参考文献 (17)

目录

    /

    返回文章
    返回