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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

范敏敏 徐静平 刘璐 白玉蓉 黄勇

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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

范敏敏, 徐静平, 刘璐, 白玉蓉, 黄勇

Models on threshold voltage/subthreshold swing and structural design of high-k gate dielectric GeOI MOSFET

Fan Min-Min, Xu Jing-Ping, Liu Lu, Bai Yu-Rong, Huang Yong
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  • 通过求解沟道与埋氧层的二维泊松方程,同时考虑垂直沟道与埋氧层方向的二阶效应,建立了高k栅介质GeOI金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)的阈值电压和亚阈斜率解析模型,研究了器件主要结构参数对器件阈值特性、亚阈特性、短沟道效应、漏极感应势垒降低效应及衬偏效应的影响,提出了优化器件性能的结构参数设计原则及取值范围. 模拟结果与TCAD仿真结果符合较好,证实了模型的正确性与实用性.
    An analytical model on threshold voltage and subthreshold swing for high-k gate dielectric GeOI MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) is established by considering the two-dimensional effects in both channel and buried-oxide layers and solving two-dimensional Poisson’s equation. The influences of the main structural parameters of the device on threshold voltage and subthreshold swing, and the short-channel effects, drain induction barrier lower effect and substrate-biased effect are investigated using the model, and the design principles and value range of the structural parameters are presented to optimize the electrical performances of the device. The simulated results are in good agreement with the TCAD simulated data, confirming the validity of the model.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61274112)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 61274112).
    [1]

    Frank D J, Dennard R H, Nowak E, Solomon P M, Taur Y, Wong H S P 2001 Proc. IEEE 89 259

    [2]

    Qin S S, Zhang H M, Hu H Y, Qu J T, Wang G Y, Xiao Q, Shu Y 2011 Acta Phys. Sin. 60 058501 (in Chinese) [秦珊珊, 张鹤鸣, 胡辉勇, 屈江涛, 王冠宇, 肖庆, 舒钰 2011 物理学报 60 058501]

    [3]

    Choi Y K, Asano K, Lindert N, Subramanian V, King T J, Bokor J, Hu C 2000 IEEE Electron Dev. Lett. 21 254

    [4]

    Zhang X F, Xu J P, Lai P T, Li C X, Guan J G 2007 Chin. Phys. 16 3820

    [5]

    Luo X R, Luo Y C, Fan Y, Hu G Y, Wang X W, Zhang Z Y, Fan Y H, Cai J Y, Wang P, Zhou K 2013 Chin. Phys. B 22 027304

    [6]

    Hu M J, Li C, Xu J F, Lai H K, Chen S Y 2011 Acta Phys. Sin. 60 078102 (in Chinese) [胡美娇, 李成, 徐剑芳, 赖虹凯, 陈松岩 2011 物理学报 60 078102]

    [7]

    Le Royer C, Clavelier L, Tabone C, Romanjek K, Deguet C, Sanchez L, Hartmann J M, Roure M C, Grampeix H, Soliveres S, Le Carval G, Truche R, Pouydebasque A, Vinet M, Deleonibus S 2008 Solid State Electron. 52 1285

    [8]

    De Jaeger B, Kaczer B, Zimmerman P, Opsomer K, Winderickx G, van Steenbergen J, van Moorhem E, Bonzom R, Leys F, Arena C, Bauer M, Werkhoven C, Meuris M, Heyns M 2007 Semicond. Sci. Technol. 22 S221

    [9]

    Young K K 1989 IEEE Trans. Electron Dev. 36 399

    [10]

    Joachim H O, Yamaguchi Y, Ishikawa K, Inoue Y, Nishimura T 1993 IEEE Trans. Electron Dev. 40 1812

    [11]

    Suzuki K, Pidin S 2003 IEEE Trans. Electron Dev. 50 1297

    [12]

    Ortiz-Conde A, Rodrguez J, Garca Sanchez F J, Liou J J 1998 Solid State Electron. 42 1743

    [13]

    Sim J H, Kuo J B 1993 IEEE Trans. Electron Dev. 40 755

    [14]

    Hu P H, Wu Y S, Su P 2009 Semicond. Sci. Technol. 24 045017

    [15]

    Yan R H, Abbas O, Lee K F 1992 IEEE Trans. Electron Dev. 39 1704

    [16]

    Balestra F, Benachir M, Brini J, Ghibaudo G 1990 IEEE Trans. Electron Dev. 37 2303

    [17]

    Salcedo J A, Ortiz-Conde A, Sánchez E J G, Muci J, Liou J J, Yue Y 2001 IEEE Trans. Electron Dev. 48 809

    [18]

    El Hamid H A, Guitart J R, Iñ\’iguez B 2007 IEEE Trans. Electron Dev. 54 1402

    [19]

    van Den Daelea W, Augendre E, Le Royer C, Damlencourt J F, Grandchamp B, Cristoloveanu S 2010 Solid State Electron. 54 205

    [20]

    Omura Y, Konishi H, Sato S 2006 IEEE Trans. Electron Dev. 53 677

  • [1]

    Frank D J, Dennard R H, Nowak E, Solomon P M, Taur Y, Wong H S P 2001 Proc. IEEE 89 259

    [2]

    Qin S S, Zhang H M, Hu H Y, Qu J T, Wang G Y, Xiao Q, Shu Y 2011 Acta Phys. Sin. 60 058501 (in Chinese) [秦珊珊, 张鹤鸣, 胡辉勇, 屈江涛, 王冠宇, 肖庆, 舒钰 2011 物理学报 60 058501]

    [3]

    Choi Y K, Asano K, Lindert N, Subramanian V, King T J, Bokor J, Hu C 2000 IEEE Electron Dev. Lett. 21 254

    [4]

    Zhang X F, Xu J P, Lai P T, Li C X, Guan J G 2007 Chin. Phys. 16 3820

    [5]

    Luo X R, Luo Y C, Fan Y, Hu G Y, Wang X W, Zhang Z Y, Fan Y H, Cai J Y, Wang P, Zhou K 2013 Chin. Phys. B 22 027304

    [6]

    Hu M J, Li C, Xu J F, Lai H K, Chen S Y 2011 Acta Phys. Sin. 60 078102 (in Chinese) [胡美娇, 李成, 徐剑芳, 赖虹凯, 陈松岩 2011 物理学报 60 078102]

    [7]

    Le Royer C, Clavelier L, Tabone C, Romanjek K, Deguet C, Sanchez L, Hartmann J M, Roure M C, Grampeix H, Soliveres S, Le Carval G, Truche R, Pouydebasque A, Vinet M, Deleonibus S 2008 Solid State Electron. 52 1285

    [8]

    De Jaeger B, Kaczer B, Zimmerman P, Opsomer K, Winderickx G, van Steenbergen J, van Moorhem E, Bonzom R, Leys F, Arena C, Bauer M, Werkhoven C, Meuris M, Heyns M 2007 Semicond. Sci. Technol. 22 S221

    [9]

    Young K K 1989 IEEE Trans. Electron Dev. 36 399

    [10]

    Joachim H O, Yamaguchi Y, Ishikawa K, Inoue Y, Nishimura T 1993 IEEE Trans. Electron Dev. 40 1812

    [11]

    Suzuki K, Pidin S 2003 IEEE Trans. Electron Dev. 50 1297

    [12]

    Ortiz-Conde A, Rodrguez J, Garca Sanchez F J, Liou J J 1998 Solid State Electron. 42 1743

    [13]

    Sim J H, Kuo J B 1993 IEEE Trans. Electron Dev. 40 755

    [14]

    Hu P H, Wu Y S, Su P 2009 Semicond. Sci. Technol. 24 045017

    [15]

    Yan R H, Abbas O, Lee K F 1992 IEEE Trans. Electron Dev. 39 1704

    [16]

    Balestra F, Benachir M, Brini J, Ghibaudo G 1990 IEEE Trans. Electron Dev. 37 2303

    [17]

    Salcedo J A, Ortiz-Conde A, Sánchez E J G, Muci J, Liou J J, Yue Y 2001 IEEE Trans. Electron Dev. 48 809

    [18]

    El Hamid H A, Guitart J R, Iñ\’iguez B 2007 IEEE Trans. Electron Dev. 54 1402

    [19]

    van Den Daelea W, Augendre E, Le Royer C, Damlencourt J F, Grandchamp B, Cristoloveanu S 2010 Solid State Electron. 54 205

    [20]

    Omura Y, Konishi H, Sato S 2006 IEEE Trans. Electron Dev. 53 677

  • [1] 田金朋, 王硕培, 时东霞, 张广宇. 垂直短沟道二硫化钼场效应晶体管. 物理学报, 2022, 71(21): 218502. doi: 10.7498/aps.71.20220738
    [2] 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
    [3] 胡辉勇, 刘翔宇, 连永昌, 张鹤鸣, 宋建军, 宣荣喜, 舒斌. γ射线总剂量辐照效应对应变Sip型金属氧化物半导体场效应晶体管阈值电压与跨导的影响研究. 物理学报, 2014, 63(23): 236102. doi: 10.7498/aps.63.236102
    [4] 周春宇, 张鹤鸣, 胡辉勇, 庄奕琪, 舒斌, 王斌, 王冠宇. 应变Si NMOSFET阈值电压集约物理模型. 物理学报, 2013, 62(7): 077103. doi: 10.7498/aps.62.077103
    [5] 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
    [6] 韩名君, 柯导明, 迟晓丽, 王敏, 王保童. 超短沟道MOSFET电势的二维半解析模型. 物理学报, 2013, 62(9): 098502. doi: 10.7498/aps.62.098502
    [7] 辛艳辉, 刘红侠, 范小娇, 卓青青. 单Halo全耗尽应变Si 绝缘硅金属氧化物半导体场效应管的阈值电压解析模型. 物理学报, 2013, 62(10): 108501. doi: 10.7498/aps.62.108501
    [8] 李妤晨, 张鹤鸣, 张玉明, 胡辉勇, 徐小波, 秦珊珊, 王冠宇. 新型高速半导体器件IMOS阈值电压解析模型. 物理学报, 2012, 61(4): 047303. doi: 10.7498/aps.61.047303
    [9] 宋坤, 柴常春, 杨银堂, 贾护军, 陈斌, 马振洋. 改进型异质栅对深亚微米栅长碳化硅MESFET特性影响. 物理学报, 2012, 61(17): 177201. doi: 10.7498/aps.61.177201
    [10] 曹磊, 刘红侠. 考虑量子效应的高k栅介质SOI MOSFET特性研究. 物理学报, 2012, 61(24): 247303. doi: 10.7498/aps.61.247303
    [11] 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. 物理学报, 2012, 61(16): 166101. doi: 10.7498/aps.61.166101
    [12] 屈江涛, 张鹤鸣, 王冠宇, 王晓艳, 胡辉勇. 多晶SiGe栅量子阱pMOSFET阈值电压模型. 物理学报, 2011, 60(5): 058502. doi: 10.7498/aps.60.058502
    [13] 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
    [14] 李劲, 刘红侠, 李斌, 曹磊, 袁博. 高k栅介质应变Si SOI MOSFET的阈值电压解析模型. 物理学报, 2010, 59(11): 8131-8136. doi: 10.7498/aps.59.8131
    [15] 汤晓燕, 张义门, 张玉明. SiC肖特基源漏MOSFET的阈值电压. 物理学报, 2009, 58(1): 494-497. doi: 10.7498/aps.58.494
    [16] 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
    [17] 张鹤鸣, 崔晓英, 胡辉勇, 戴显英, 宣荣喜. 应变SiGe SOI量子阱沟道PMOSFET阈值电压模型研究. 物理学报, 2007, 56(6): 3504-3508. doi: 10.7498/aps.56.3504
    [18] 李艳萍, 徐静平, 陈卫兵, 许胜国, 季 峰. 考虑量子效应的短沟道MOSFET二维阈值电压模型. 物理学报, 2006, 55(7): 3670-3676. doi: 10.7498/aps.55.3670
    [19] 徐静平, 李春霞, 吴海平. 4H-SiC n-MOSFET的高温特性分析. 物理学报, 2005, 54(6): 2918-2923. doi: 10.7498/aps.54.2918
    [20] 代月花, 陈军宁, 柯导明, 孙家讹. 考虑量子化效应的MOSFET阈值电压解析模型. 物理学报, 2005, 54(2): 897-901. doi: 10.7498/aps.54.897
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-10-14
  • 修回日期:  2014-01-08
  • 刊出日期:  2014-04-05

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