全环绕栅极场效应晶体管的Ⅰ-Ⅴ模型紧凑建模

基于表面电势提出了一种无结型全环绕栅极场效应晶体管的Ⅰ-Ⅴ模型。以一维泊松方程为基础,结合相应的边界条件,采用四阶龙格库塔算法对两个解析模型中基于物理原理的非线性超越方程组依次求解,建立了表面电势、中点电势与栅极电压相关的数值模型。随后,根据数值模型中以中间参数形式表示的表面电势结果,利用Pao-Sah积分推导出全环绕栅极场效应晶体管的漏极电流。所提出的Ⅰ-Ⅴ模型结果与数值和实验数据均显示出良好的一致性,验证了该建模方法用于全环绕栅极场效应晶体管的可行性。此外,该方法实现了解析模型与数值模型的结合,在精度和效率之间实现了很好的平衡。

功率金属-氧化物半导体场效应晶体管静电放电栅源电容解析模型的建立

在实际静电放电测试时,发现各种功率金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的静电放电测试结果均呈现出正反向耐压不对称现象,而人体与器件接触时的静电放电过程是不区分正反向的.正反向耐压差异较大对于功率MOSFET或作为静电放电保护器件来说都是无法接受的,其造成器件失效的问题格外凸显.本文通过建立SGT-MOSFET,VUMOSFET和VDMOS在静电放电正反向电压下的栅源电容解析模型,对比分析了三种功率MOSFET器件静电放电正反向耐压不对称及其比值不同的原因,为器件的静电放电测试及可靠性分析提供了理论依据.

碳化硅功率场效应功率晶体管仿真模型及其驱动研究

研究碳化硅结型场效应功率晶体管的静、动态性能及仿真模型,针对高速开关时的碳化硅器件开关震荡,提出有效抑制震荡与减小容性电流影响的碳化硅功率晶体管驱动电路。在分析器件半导体物理结构、测量碳化硅器件特性参数的基础上建立器件仿真模型,通过器件开关特性的仿真,分析了电路的驱动电压、开关速度、dv/dt及不同的驱动情况下对驱动电路压降的影响。结果表明,碳化硅结型场效应功率晶体管具有通态电阻低、损耗小、开关速度高的特点,驱动电路能有效地工作于高频状态下,开关震荡小,有利于器件应用在高性能的电力电子装置中。

基于量子模型的碳纳米管场效应晶体管电子输运特性

采用量子输运模型和NEGF理论,自洽求解薛定谔方程和泊松方程,对类MOS-碳纳米管场效应晶体管的电子输运特性建模。考察了沟道长度Lg为5-25 nm时,其对器件的导通电流、阈值电压、关态泄漏电流、电流开关比、亚阈值摆幅等性质的影响。结果表明：当Lg≥15 nm时,MOS-CNTFET没有量子尺寸效应;当Lg〈15 nm时,器件出现短沟道效应;Lg〈10 nm时短沟道效应更加明显。

一种CMOS工艺离子敏场效应型晶体管的模型

采用CMOS工艺可以实现离子敏场效应型晶体管(ISFET),若在栅极氧化层之上保留多晶硅层,并通过引线使其与外界的金属层相连作为悬浮的栅极,可实现悬浮栅结构ISFET。从ISFET的传感机理出发,根据表面基模型,利用HSPICE建立了悬浮栅结构ISFET的物理模型。以该模型为研究对象,探讨了薄膜等效电阻、薄膜等效电容、互连线寄生电容和寄生电阻等因素与动态特性中延迟时间和迟滞等因素的关系,并对其静态特性进行仿真,仿真结果和试验数据基本相符。

纳米线环栅隧穿场效应晶体管的电容模型

纳米线环栅隧穿场效应晶体管相比于其他多栅器件具有更强的短沟道效应抑制能力及更优异的电学特性.器件模型能够模拟器件电学特性,对于器件及电路的实际应用极为关键.目前,已有纳米线环栅隧穿场效应晶体管的电流模型报道,但是尚没有电容模型的相关报道.电容模型主要用于瞬态特性模拟,对于评估电路速度转换和频率特性至关重要.由于没有可用的电容模型,纳米线环栅隧穿场效应晶体管电路方面的研究主要通过数值迭代的方法开展,该方法不仅对硬件平台要求高,且耗时长,还容易出现收敛性问题,只能勉强用于极小规模电路模块,对于包含晶体管数目较多的电路无能为力.本文针对以上问题,从基本的器件物理出发,建立了纳米线环栅隧穿场效应晶体管的电容模型,该模型不涉及任何数值迭代过程.相比于数值模型,该模型计算速度快、过程稳定,能够加速纳米线环栅隧穿场效应晶体管器件及电路的相关研究.

离子敏场效应晶体管宏模型的建立与仿真

根据电化学表面基模型理论,提出了一种简单有效的能够描述离子敏场效应晶体管(ISFET)静态特性的仿真模型,借助此模型,对器件的电学行为进行了模拟,仿真结果与实验数据基本相符。

石墨烯场效应晶体管的非线性模型

包含新技术、新材料的新型器件的不断涌现,使现有的传统器件模型已不能完全表征石墨烯场效应晶体管(GFET)的特性。提出了一种基于经验公式的非线性模型来表征GFET的特性,该模型对传统经验模型的公式和拓扑结构进行了改进,使其能更好地表征GFET的特性。该模型包含了GFET的栅源电流模型、源漏电流模型、电容模型和低频散射效应等。此外该模型为可定标的模型,可用于一定尺寸范围的器件的仿真。该模型可集成在仿真软件中进行石墨烯电路的设计,其直流I-V特性和多偏置S参数的仿真结果与测试结果吻合较好,验证了该模型的有效性。

Si衬底AlGaN／GaN功率开关场效应晶体管研制

研究了Si衬底AlGaN/GaN异质结构场效应晶体管(HFETs)器件尺寸参数,包括源(漏)极长度、栅宽及欧姆接触电极厚度等对器件性能的影响。基于此,在国内率先实现2英寸Si衬底上栅宽为40 mm的原型AlGaN/GaN HFETs,其输出电流约为20 A,导通电阻为0.4Ω(比导通电阻8.29 mΩ·cm^2)。

一个圆柱形双栅场效应晶体管的物理模型

圆柱形双栅场效应晶体管(CSDG MOSFET)是在围栅MOSFET器件增加内部控制栅而形成,与双栅、三栅及围栅MOSFET器件相比,圆柱形双栅MOSFET提供了更好的栅控性能和输出特性.本文通过求解圆柱坐标系下的二维泊松方程,得到了圆柱形双栅MOSFET的电势模型;进一步对反型电荷沿沟道积分,建立其漏源电流模型.分析讨论了圆柱形双栅MOSFET器件的电学特性,结果表明:圆柱形双栅MOSFET外栅沿沟道的最小表面势和器件的阈值电压随栅介质层介电常数的增大而减小,其漏源电流和跨导随栅介质层介电常数的增大而增大;随着器件参数的等比例缩小,沟道反型电荷密度减小,其漏源电流和跨导也减小.

考虑可移动电荷的双栅隧穿场效应晶体管电流模型

为了解决隧穿场效应晶体管(TFET)在强反型区表面势和漏电流精度下降的问题,建立了一种考虑可移动电荷影响的双栅TFET电流模型。首先求解考虑可移动电荷贡献的二维电势泊松方程,推导出表面势、电场的解析表达式;然后利用求得的电场表达式和Kane模型得到载流子的隧穿产生率;最后利用切线近似法计算隧穿产生率在隧穿区域的积分,建立了漏电流的简洁解析模型。利用器件数值仿真软件Sentaurus在不同器件参数下对所建模型进行了验证,仿真结果表明:考虑可移动电荷的影响能够提高强反型区漏电流模型的精度;在相同器件参数条件下,考虑可移动电荷的模型比忽略可移动电荷的模型精度提高了20%以上。

伯克利短沟道绝缘栅场效应晶体管模型的研究进展

随着金属氧化物半导体（MOS）集成电路工艺的飞速发展,体硅金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）模型经历了从物理到经验,最后到半经验物理的转变。介绍了以阈值电压和反转电荷为建模基础的伯克利短沟道绝缘栅场效应晶体管模型（BSIM）,以及该模型中阈值电压、饱和电流和电容的基本建模理论。回顾了近年来体硅MOSFET BSIM的研究进展,着重从各种模型的优缺点、建模机理和适用范围方面分析了4种最有代表性的BSIM,即BSIM3v3,BSIM4,BSIM5和BSIM6。从模型的发展历史可以看出模型是随着MOSFET尺寸的缩小而不断完善和发展的。最后,对体硅MOSFET的模型发展趋势进行了展望。

用硬开关VIENNA Boost转换器描述AlGaN/GaN/AlGaN功率双异质结场效应晶体管

一种高频、硬开关boost转换器(VIENNA拓扑)被用来描述新型AlGaN/GaN/A1GaN功率双异质结场效应晶体管(DHEFTs)在运行状态下的特性。这种变换器可以让我们精确地测量出功率电路设计中最重要的器件参数(动态开通电阻R_(dyn),门极漏极电荷Q_(gd),密勒电荷Q_(gd),开通电压V_(th),开关时间t_(on)和t_(off),质品因数FOM……)。通过采用正确的测量手段和自行开发的精确度/分辨率改进电路可以实现高度准确性。在A1GaN/GaN/AIGaN DHEFTs样品上进行的动态开通电阻和门极电荷的测量得到了很好的结果。

具有双向开关特性的隧穿场效应晶体管

基于带带隧穿原理,提出一种具有双向开关特性的隧穿场效应晶体管。不同于传统隧穿晶体管的PIN结构,新结构具有双向导通性,源漏区可互换,对反向泄漏电流有更好的抑制效果,同时具有低功耗和低亚阈值摆幅的优点。其对称的结构能更好兼容CMOS工艺,设计灵活性更好。通过Silvaco TCAD软件对器件3D结构进行I-V特性仿真,分析各器件参数改变对器件开关电流比(IonIoff)、亚阈值摆幅(SS)、反向泄漏电流和正向导通电流等电学特性的影响,从而改善器件特性,优化器件结构。

聚合物场效应晶体管材料及其器件

导电聚合物因为可以大面积成膜、器件制作工艺简单,近年来在有机场效应晶体管的研究中受到越来越多的关注。有的聚合物场效应晶体管其性能已经可以和无定型硅晶体管相比拟。本文回顾了聚合物场效应晶体管的发展历程,概述了聚合物场效应晶体管的材料、器件制作、性能及工作机理。同时,对聚合物场效应晶体管的发展前景和目前存在的问题作了简单的总结。

场终止型绝缘栅双极型晶体管的开关瞬态模型

新一代场终止型(field stop,FS)绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)的仿真模型目前都是采用传统穿通型(punch through,PT)IGBT的建模方法,由于FS结构与PT结构在厚度、掺杂浓度等方面都存在很大的不同,不可避免的会存在较大的偏差。在对已有PT模型进行理论分析和公式推导的基础上,根据FS型IGBT的结构特点和工作机制,在场终止层内采用了大注入的假设条件,同时考虑基区内载流子的复合作用,提出了一种改进的FS型开关瞬态模型。通过2种模型仿真波形与实测波形的比较,验证了该模型具有更高的准确性。

40nm金属氧化物半导体场效应晶体管感应栅极噪声及互相关噪声频率与偏置依赖性建模

用于低功耗、混合信号及高频领域的CMOS技术的缩比进展,表明其最佳的高频性能已从低中反区转移至弱反区.高频噪声模型是射频与毫米波电路设计的先决条件,是纳米级金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)噪声分析的重要基础.本文基于40 nm MOSFET的器件物理结构,并结合漂移-扩散方程和电荷守恒定律,提出了基于物理的高频感应栅极电流噪声模型及其与漏极电流噪声的互相关噪声模型,以此来统一表征噪声从弱反区到强反区的频率与偏置依赖性.本文通过将有效栅极过载引入高频噪声模型中,使得统一模型具有良好的准确性、连续性和平滑性.最后,通过所建模型的仿真结果与实验结果的数据比较,验证了本文所建模型的准确性及其对长沟道器件在强反区的适用性.

自旋场效应晶体管的原理和研究进展

基于电子具有自旋的特性,介绍了自旋场效应晶体管的基本原理和研究进展;通过研究发现自旋场效应晶体管具有良好的电导开关效应,外加磁场后则呈现出磁开关效应.

GaAs场效应晶体管不同极性ESD损伤机理

对Ga As场效应晶体管(FET)进行3个正向和3个负向脉冲(3"+"3"-")、3个负脉冲(3"-")、3个正脉冲(3"+")3种极性静电放电(ESD)实验,不同极性ESD实验下器件的失效阈值不同。以栅源端对为例对实验结果进行分析,在3"+"3"-"和3"-"极性下,器件失效模式为栅源短路,在3"+"极性下器件电参数退化。运用热模型对ESD正负脉冲电压产生的温升进行了计算,器件的损伤机理为,在正向脉冲下为栅金属纵向电迁移导致肖特基势垒退化;在ESD负向脉冲下为高电场引起栅源端对击穿。

碳纳米管场效应晶体管电子输运特性的研究

由于硅器件尺寸不断缩小至纳米尺度,人们因此对纳米尺度器件开展了理论与结构方面的广泛而深入的研究,其中最重要的纳米尺度器件是基于碳纳米管的电场效应器件并被称为碳纳米管场效应晶体管(CNTFET)。本文分析了碳纳米管场效应晶体管沟道电子的传输特性,并给出了用器件端子参数描述的器件I-V特性方程表达式,计算了器件的I-V特性曲线并把结果与纳米器件专用分析软件nanoMOS-2.0给出的结果作了比较,发现本文模型的计算结果均大于nanoMOS-2.0给出的结果,表明本文模型尚需进一步的深入分析和优化。