基于半解析法的全耗盡SOI MOSFET亞閾值表面勢分析.pdf

1、隨著集成電路的發(fā)展，MOS器件已進入深亞微米的時代，傳統(tǒng)的MOS器件在結(jié)構(gòu)和尺寸上將會達到物理極限，這時基于物理的問題會對MOS器件產(chǎn)生很大的影響，如短溝道效應(yīng)(SCE)、漏致勢壘降低效應(yīng)(DIBL)等。為了克服這些影響，研究者努力尋找新的材料，開發(fā)新的器件結(jié)構(gòu)，試圖制作出理想的半導(dǎo)體器件。SOI器件與傳統(tǒng)的體硅器件相比不僅能有效地抑制短溝道效應(yīng)，還擁有更多的優(yōu)點:如低功耗、無閂鎖效應(yīng)、寄生電容小、集成度高、抗輻射能力強、速度快、制作工

2、藝簡單等。為了對SOI MOSFET器件進行更加深入的研究，我們需要建立一個精確而又簡單的電勢模型，本文具體開展的工作如下。
　　第1章介紹了傳統(tǒng)MOS器件的發(fā)展及存在的問題，針對這些問題引入SOIMOSFET器件，并分析了SOI MOSFET器件的研究意義，研究現(xiàn)狀和應(yīng)用。
　　第2章綜述了SOI MOSFET模型的研究方法，討論了已有的拋物線近似模型和準(zhǔn)二維模型的解法和優(yōu)缺點，并在此基礎(chǔ)上著重分析了基于半解析法的SOIM

3、OSFET亞閾值表面勢模型。該模型先通過矩形等效源的方法將器件結(jié)構(gòu)劃分三個區(qū)域，確立各個區(qū)域的電勢方程，邊界條件。然后根據(jù)各個區(qū)域的電勢相等和電位移相等確立銜接條件。
　　第3章介紹了半解析法SOI MOSFET器件亞閾值表面勢模型的解法。該解法的主要過程如下:首先根據(jù)分離變量法和特征函數(shù)展開法對各個區(qū)域進行求解，得到含有待定系數(shù)的電勢表達式。其次根據(jù)交界面處的電勢相等，設(shè)氧化層和硅膜交界面處的上表面勢為φ1(x)，硅膜和埋氧化層

4、交界面處的下表面勢為φ2(x)，將電勢方程中的待定系數(shù)用上下表面勢代替，避免了由于方程中sinh和cosh的存在導(dǎo)致方程不收斂。然后根據(jù)交界面處的電位移相等，得到兩個含有上下表面勢的方程。根據(jù)相關(guān)區(qū)域的邊界條件和三角函數(shù)的特性，將上下表面勢設(shè)成廣義傅里葉級數(shù)形式進行計算，避免由于傅里葉級數(shù)同時存在正弦和余弦函數(shù)所帶來的大量計算。最后對方程進行正交函數(shù)化簡，得到含有待定系數(shù)的矩陣方程。通過數(shù)學(xué)計算工具MATLAB進行求解，得到要求的系數(shù)，

5、再將系數(shù)帶入上下表面勢和電勢方程中，可以得到很直觀的電勢和表面勢的解析式。半解析模型不同于數(shù)值模型和解析模型，它是在兩者的基礎(chǔ)上提出的，不僅具有很好的精確度，還具有明確的解析表達式，具有很強的實用性和價值性。
　　第4章對全耗盡SOI MOSFET模型的驗證分析。首先，利用PDE工具對模型進行數(shù)值驗證，對比了各個區(qū)域的等值線圖。其次，在相同尺寸下將模型計算得到的表面勢和SILVACO仿真得到的表面勢進行了比較，驗證了模型的精確性。