纳米MOSFET器件电流噪声测试方法研究

针对常规纳米尺度电子元器件的噪声特性,研究其噪声的基本测试条件,并建立测试系统。在屏蔽条件下采用低温装置和超低噪声前置放大器,能有效抑制外界干扰。应用该系统对实际纳米MOSFET器件进行噪声测试得到其电流噪声,在测试基础上通过计算分别得到热噪声和散粒噪声,同时分析器件工作在亚阈区和反型区下的电流噪声随源漏电压和电流的变化关系。结果表明测试结果与理论分析吻合,验证了测试系统的准确性。

40纳米MOSFET毫米波等效电路的弱反区关键参数提取

以双端口网络的分析方法为依托,对40纳米MOSFET的毫米波小信号等效电路的弱反区参数进行提取.该等效电路基于准静态逼近,包括完整的本征准静态MOSFET模型、串联的栅极电阻、源极电阻、漏极电阻以及衬底耦合网络.元件参数提取分为寄生参数提取和本征部分提取,是通过其等效电路的开路短路法来简化等效电路以及分析Y参数所得,提取的结果具有物理意义以及其方法能够去嵌寄生效应,如器件衬底耦合.

摄动法研究纳米MOSFETs亚阈值特性

采用了一种新的方法研究纳米金属-氧化物-半导体场效应管(MOSFETs)的亚阈值特性,即正则摄动法.由于在纳米MOSFETs中,常用的耗尽近似和页面电荷模型(charge-sheetmodel)不再适用,导致泊松方程由线性变成非线性形式.利用正则摄动法求解非线性泊松方程可以得到纳米MOSFETs亚阈值电流和亚阈值摆幅指数依赖外加偏压的解析表达式.通过与二维器件模拟软件MEDICI模拟结果比较,证明了该方法及结果的有效性.

基于神经网络的纳米MOSFET反型层载流子密度量子更正

文章提出了基于Levenberg-MarquardtBP神经网络的MOSFET反型层载流子密度量子更正模型,对于较大氧化层厚度范围、Si层厚度范围、栅压范围和掺杂浓度范围的单栅以及双栅MOSFET,Si反型层各点的载流子量子密度都可以通过经典载流子密度进行快速预测,预测结果与Schrodinger-Poisson方程的平均相对误差不超过5%。

毫米波频段下纳米MOSFET的导纳参数建模及应用

为了统一表征毫米波频段下纳米MOSFET从强反型区到弱反型区的偏置依赖性,对高频MOSFET等效电路建模及其参数提取技术进行了研究,给出了一种简单、精确的小信号模型参数获取方法。基于45 nm MOSFET的器件物理结构,通过综合考虑该器件的本征物理特性、管脚电磁特性以及测试焊盘与测试互连线的寄生特性,描述了一种适用于参数提取的MOSFET毫米波等效电路模型。通过对所给出的45 nm MOSFET毫米波小信号等效电路进行双端口网络参数分析,推导了其准静态近似的毫米波等效电路的导纳()参数的一阶简化数学模型。所建参数模型被应用于等效电路的元件值提取,以保证不同偏置条件下参数提取结果的连续性和平滑度。利用栅指数=10、栅宽=2μm、栅长=45 nm的射频多指NMOSFET,实验验证了1~50 GHz频段内所建参数模型在不同偏置点下的模拟精度,并表征了45 nm器件的偏置依赖性。使用ADS2013仿真设计工具的模拟结果与测量数据进行一致性对比,验证了本文所建模型的实用性以及由其派生的参数提取算法的准确性。因此,所建参数模型易于高精度移植到自动化仿真设计工具中。等效电路本征元件参数单调特性的不同表征,对于指导毫米波集成电路从强反型区到弱反型区的优化设计具有重要的意义。

纳米MOSFET毫米波噪声的简洁模型

为了使复杂的纳米MOSFET毫米波噪声物理模型可用于工程设计,研究了其简洁模型的表达形式。通过器件的双端口相关噪声矩阵变换和分析,实现了复杂的噪声物理模型的简化。所提出的简洁模型不仅高精度地表征了器件的非准静态效应,并且可通过Verilog-A语言以四结点的形式,直接嵌入到ADS仿真设计工具,从而在保证精度的同时,大大降低了设计的复杂度。实验结果验证了所建模型在强反型区和弱反型区均比现有的三结点模型具有更高的准确性。

强反型区下纳米MOSFET的射频噪声机理分析

为了有效地表征纳米MOSFET强反型区下的射频噪声特性,研究了其噪声建模的方法。在分析45nm MOSFET射频小信号等效电路参数提取结果的基础上,建立了该器件漏极电流噪声的简洁模型。该模型完整地表征了决定45nm器件噪声机理的三个组成部分:本征漏极电流噪声、栅极管脚寄生电阻热噪声和栅漏衬底寄生电磁耦合噪声。噪声测量在验证所建模型准确性和精度的同时,还表明:45nm MOSFET的本征漏极电流噪声为受抑制的散粒噪声,并且随着栅源偏压的降低受抑制性逐渐减弱直至消失。

准弹道输运纳米MOSFET散粒噪声的抑制研究

目前研究准弹道输运纳米MOSFET散粒噪声的抑制时,采取了完全不考虑其抑制,或只强调抑制的存在而并未给出抑制公式的方式进行研究.本文基于Navid模型推导了准弹道输运纳米MOSEET散粒噪声,并得到了其在费米作用、库仑作用和二者共同作用三种情形下的抑制因子.在此基础上,对各抑制因子随源漏电压、栅极电压、温度及源漏掺杂浓度的变化特性进行了研究.两者共同作用的抑制因子随源漏电压和栅极电压变化特性与文献中给出的实验结论相符合,从而对实验上得到两者共同作用下的抑制因子随源漏电压和栅极电压的变化特性给出了理论解释.

基于Monte Carlo模拟的实际纳米MOSFET散粒噪声抑制研究

实验测量和理论结果均表明,随着MOS器件尺寸缩小到纳米尺度,其过剩噪声的主要成分将从以热噪声为主转变为以散粒噪声为主,且散粒噪声受费米抑制作用和库仑抑制作用.而目前对纳米MOSFET散粒噪声抑制的研究时,采取了完全不考虑其抑制,或者只是强调抑制的存在而并未给出具体的抑制分析.本文将采用蒙特卡罗(Monte Carlo)模拟方法对实际纳米MOSFET电流噪声进行数值模拟研究,并考虑费米作用和库仑作用对散粒噪声的抑制影响,分别得到费米抑制因子和费米与库仑共同作用时的抑制因子.在此基础上,重点考察栅极电压、源漏电压、温度和掺杂浓度对散粒噪声抑制的影响及其关系的理论分析,得到的模拟结果与文献给出的实验结果和介观理论结果相吻合.

实际纳米MOSFET电流噪声及其相关特性分析

实际纳米MOSFET电流噪声为散粒噪声和热噪声,且散粒噪声受到费米作用和库仑作用的抑制.而现有文献研究实际纳米MOSFET电流噪声时,采取了完全不考虑其散粒噪声的抑制,或者只是强调抑制的存在而并未给出具体的抑制分析.本文基于Navid模型推导了实际纳米MOSFET电流噪声,并考虑费米作用和库仑作用对散粒噪声的抑制.在此基础上,对电流噪声随沟道长度、温度、源漏电压和栅极电压的变化特性进行了分析,其变化规律与文献中已有的实验和理论变化相一致.沟道长度越短,温度越低,源漏电压越大和栅极电压越低,电流噪声主要以散粒噪声为主.

纳米MOSFET/SOI器件新结构

重点介绍器件进入纳米尺度后出现的MOSFET/SOI器件的新结构,如超薄SOI器件、双栅MOSFET、FinFET和应变沟道等SOI器件,并对它们的性能进行了分析。

基于纳米MOSFET噪声的背散射系数研究

传统噪声理论提取背散射系数时,引入的参量较多并依赖量子力学计算,或是采取大量的假设而使得到的结论存在偏差.本文将基于Navid模型推导MOSFET噪声的背散射系数,进一步得到了短沟道器件在线性区和饱和区的背散射系数,并给出测量背散射系数的方法.在此基础上,对背散射系数随沟道长度、偏置电压和温度的变化特性进行分析,除此之外,用实验和Monte Carlo模拟验证了背散射系数与偏置电压特性,该方法得到的背散射系数与各参量的变化特性与文献给出的结果相吻合.

纳米MOSFET迁移率解析模型

从玻尔兹曼方程出发,重新计算了纳米MOSFET沟道内的载流子所服从的分布函数,特别是考虑了纳米MOSFET横向电场和纵向电场之间的相互作用,并且以得到的非平衡状态下的分布函数为基础,考虑载流子寿命和速度的统计分布,给出了纳米MOSFET载流子迁移率的解析表达式.通过与数值模拟结果进行比较和分析,该迁移率解析模型形式简洁、物理概念清晰,且具有相当精度.

纳米级MOSFET多晶区量子修正解析模型

利用ISE8.0的DESSIS,对多晶区量子力学效应进行了摸拟。结果表明,纳米级MOSFET多晶区内的量子效应不可忽略,且它对器件特性的影响与多晶耗尽效应相反。从密度梯度模型,简化得到多晶区量子效应修正,并建立了多晶区内量子效应的集约模型。该模型与数值模拟结果吻合。

研究纳米尺寸MOSFETs亚阈值特性的一种新方法(英文)

提出了一种用于研究纳米尺寸MOSFETs亚阈值特性的新方法——摄动法.使用摄动法来求解泊松方程,使得在纳米尺寸MOSFETs工作中不再起作用的耗尽层近似和页面电荷模型在求解过程中被避免,由此可以解得一个指数形式的亚阈值电流的表达式,从而得到关于亚阈值摆幅变化的解析表达式.通过把所建立的解析模型的计算结果和Medici仿真软件的模拟结果进行比较,可以证明该适用于分析亚阈值区工作特性的模型具有相当的准确性和可用性.

纳米级MOSFET衬底电流的偏置依赖性建模

衬底电流是纳米级MOSFET电学性质分析的重要基础,也是集成电路设计的先决条件。建立精确的衬底电流模型是分析MOSFET器件及电路可靠性和进行电路设计所必需的。基于热载流子效应建立了一个常规结构纳米级MOSFET衬底电流的解析模型,并将模型的仿真结果与实验结果相比较,验证了模型的准确性。同时对衬底电流与沟道长度和偏置电压的关系进行了分析研究,结果表明,衬底电流具有显著的沟道长度与偏置依赖性。

围栅硅纳米线MOSFET器件的仿真研究

随着大规模集成电路的发展,IC工艺特征尺寸逐渐进入了纳米量级,与此伴随而生了不可避免的短沟道效应(SCE)如:漏至势垒降低效应、阈值电压滚降效应、亚阈斜率退化等。围栅硅纳米线MOSFET(GAA-MOSFETS)器件具有优良的栅控能力和载流子输运特性,被视为可以将器件尺寸缩小到极限尺寸的理想器件结构。通过将量子运输效应应用到器件建模中,针对P型GAAMOSFET器件展开研究,探讨了GAA-MOSFET器件的能带结构、沟道直径等参数对阈值电压、亚阈值摆幅等参数的影响,并利用Silvaco TCAD软件的数值计算来对GAA-MOSFET器件结构与性能进行仿真验证。

45 nm MOSFET毫米波小信号等效电路模型参数提取技术

为了有效地表征45nm MOSFET毫米波频段下的电学特性,研究了其高频等效电路的建模方法。基于45nm MOSFET的器件物理结构及其导纳参数分析,通过综合考虑器件的本征物理特性、管脚及测试寄生特性,提出了一种准静态近似的高频等效电路模型及其参数直接提取的高精度简化算法,以此来统一表征模型参数从强反型区到弱反型区的偏置依赖性,并使之在不同偏置条件下的特性表征具有良好的连续性,以便于移植到商业仿真设计自动化工具中。通过ADS2013仿真工具的散射参数模拟结果与测量数据的一致性比较,验证了所建模型的实用性及其参数提取算法的准确性,并表征了45nm器件的偏置依赖性。

面向低功耗高频应用的40 nm MOSFET漏极电流噪声建模

针对40 nm MOSFET和表征其噪声机理的漏极电流噪声进行了研究,从强反型区到弱反型区对高频特性进行了测量和分析,建立了一个基于物理的40 nm MOSFET漏极电流噪声简洁模型。77 K和300 K温度条件下的研究结果表明:在低压弱相互作用条件下,40 nm MOSFET的高频噪声机理由受抑制的散粒噪声转变为热噪声。这个噪声机理的发现有利于纳米级MOSFET在弱反型区的高频建模和低功耗应用。

栅介质对随机掺杂波动引起MOSFET性能变化的影响

根据纳米MOSFET的紧凑模型,采用HSPICE的蒙特卡罗分析方法,研究随机掺杂波动(RDF)引起的纳米MOSFET模拟/射频性能包括栅极电容、截止频率、跨导和输出电导等参数的变化标准差,同时通过改变栅介质的介电常数(ε)和等效氧化层厚度(dox),观测其对RDF引起的模拟/射频性能变化的影响。结果显示,RDF引起的MOSFET模拟/射频性能参数变化表现出不同的特征,而在适当选择较高的ε和dox情况下,RDF引起的模拟/射频性能参数变化标准差有一定程度的减小(绝对标准偏差整体降低到接近0,相对标准偏差整体最大降低10%),为通过改变等效栅介质抑制RDF的影响提供了实验依据。