异质栅介质双栅隧穿场效应晶体管TCAD仿真研究

采用异质栅介质结构,加入高k介质Pocket区,对双栅隧穿场效应晶体管进行了改进。通过搭建不同模型,分析了栅介质的长度、介电常数以及Pocket区厚度等参数对器件开态电流Ion、双极性特性、亚阈值摆幅等的影响。TACD仿真结果表明,Ion随介电常数的增大可提升至5.17×10-5A/μm,且双极性电流也有极大的增幅,亚阈值摆幅因开态电流的改善降低至28.3 mV/dec,而异质栅介质的不同长度对器件性能并无明显影响;在双极性上,Pocket区厚度的增加使得栅漏隧穿宽度增大,双极性电流减小至1.0×10-17A/μm,抑制了双极性导通,同时对器件其他特性未产生明显影响。

12 GHz GaAs/InGaAs异质结双栅功率场效应晶体管

报道了GaAs／InGaAs异质结双杨功率场效应晶体管的设计考虑、器件结构和制作，讨论了所采用的一些关键工艺，给出了器件性能。在12GHz下，最大输出功率≥130mW，增益≥12dB，功率附加效率≥30％。

Si/Ge异质结双栅隧穿场效应晶体管TCAD仿真研究

Si/Ge异质结双栅隧穿场效应晶体管(DGTFET)较传统硅基DGTFET有更好的电学性能。文章基于Sentaurus TCAD仿真软件,构建了有/无Pocket两种结构的Si/Ge异质结DGTFET器件,定量研究了Pocket结构及Pocket区厚度、掺杂浓度等参数对器件开态电流、关态电流、亚阈值摆幅、截止频率和增益带宽积的影响。通过仿真实验和计算分析发现,Si/Ge异质结DGTFET的开态/关态电流、亚阈值摆幅、截止频率和增益带宽积随Pocket区掺杂浓度增大而增大,而Pocket区厚度对器件性能没有明显影响。研究结果为TFET器件的直流、频率特性优化提供了指导。

亚50nm自对准双栅场效应晶体管的量子和短沟道效应的研究

采用有限元法自洽求解泊松-薛定谔方程,数值模拟了一种新型的亚50nm N沟道双栅MOS场效应晶体管的电学特性,系统阐述了尺寸参数对短沟道效应的影响规律.比较了不同尺寸参数下的亚阈值摆幅、阈值电压下跌和D IBL效应以及沟道跨道,获得了最佳硅鳍宽度(Tfin)和栅极长度(Lg)参数.模拟结果与实验数据的经典数值模拟进行了比较,表明由于电子束缚效应对器件性能的影响,考虑量子效应对F inFET器件的性能优化尤其重要.

部分耗尽异质环栅场效应晶体管阈值电压模型

为抑制短沟道效应和解决载流子传输效率低的问题,提出了部分耗尽异质环栅金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)结构(DMSG),并建立了器件的表面电势和阈值电压解析模型。异质环栅由两种具有不同功函数的材料无缝拼接形成,能在沟道中产生电场峰值,降低漏端电场,并屏蔽漏压对最小表面势的影响。通过为沟道耗尽层各区建立柱坐标下电势泊松方程和相应的边界条件方程,采用径向抛物线近似对偏微分方程进行降维和解析求解技术,获得了DMSG结构的解析模型。仿真结果表明,与传统的部分耗尽环栅器件相比,DMSG结构载流子传输效率高,短沟道效应、漏致势垒降低效应和热载流子效应抑制能力强;所建解析模型与数值仿真软件的相对误差小于5%。

Ka波段InAlN/GaN/AlGaN双异质结场效应晶体管

InAlN/GaN/AlGaN双异质结材料可以兼顾较高的二维电子气浓度和较好的载流子限域性,适宜制备Ka波段及以上微波功率器件。使用金属有机物气相外延方法,在SiC衬底上生长高性能InAlN/GaN/AlGaN双异质结构材料并制备了栅长为0.2μm的异质结场效应晶体管。测试结果表明,在栅压+2 V时器件的最大电流密度为1.12 A/mm,直流偏置条件VDS为+15 V和VGS为-1.6 V时,最高输出功率密度为2.1 W/mm,29 GHz下实现功率附加效率(ηPAE)为22.3%,截止频率fT达到60 GHz,最高振荡频率fmax为105 GHz。就功率密度和功率附加效率而言,是目前报道的Ka波段InAlN/GaN/AlGaN双异质结场效应晶体管研究的较好结果。

双底栅双壁碳纳米管场效应晶体管的构建和特性研究

构建了以双壁碳纳米管为导电通道、Al2O3和SiO2为绝缘层、Al和Si为栅极、Pd为源和漏电极的双底栅场效应晶体管,测量了晶体管的特性。观测到了双壁碳纳米管的三种典型的输运特性;观测到了两个底栅分别的调制作用;发现两个底栅的调制作用存在着显著的相互影响,使得场效应晶体管的特性明显不同于单栅器件,具备了逻辑“与”门的基本功能;利用能带图分析了双底栅器件的特性。

双栅无结型场效应晶体管的设计与优化

利用三维数值仿真工具,对双栅无结型场效应晶体管进行了数值模拟,研究了沟道掺杂浓度深度分布对晶体管性能的影响,并对比分析了当沟道长度缩小到10nm及以下时器件的电学特性。仿真结果表明,相比于沟道为均匀掺杂分布的器件,具有中间低的沟道掺杂深度分布的双栅无结型场效应晶体管具有更优的开关电流比、漏致势垒降低、亚阈值斜率等电学性能和短沟道特性。

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.

一种带有斜向扩展源的双栅隧穿场效应晶体管

设计并研究了一种带有轻掺杂漏(LDD)和斜向扩展源(OES)的双栅隧穿场效应晶体管(DG-TFET),并利用Sentaurus TCAD仿真工具对栅长及扩展源长度等关键参数进行了仿真分析。对比了该器件与传统TFET的亚阈值摆幅、关态电流和开关电流比,并从器件的带带隧穿概率分析其优势。仿真结果表明,该器件的最佳数值开关电流比及亚阈值摆幅分别可达3.56×10^(12)和24.5 mV/dec。另外,该DG-TFET在双极性电流和接触电阻方面性能良好,且具有较快的转换速率和较低的功耗。

平面分离双栅金属氧化物半导体场效应晶体管的设计与制作

提出并制作了一种全新的平面分离双栅金属氧化物半导体场效应晶体管,该器件垂直于沟道方向的电场为一非均匀场.理论计算、TCAD三维器件仿真以及实验结果均表明,通过改变该器件中任何一个栅极偏置电压,能够得到可以调节的输出特性(增益系数)及转移特性曲线,可以很方便地调节器件的阈值电压及亚阈值摆幅并具备低功耗特点.这为电路的设计及器件制作提供了更多的灵活性,既可以简化电路的设计又可以降低MOS集成电路制造工艺的复杂程度.平面分离双栅金属氧化物半导体场效应晶体管制作工艺与目前常规的CMOS工艺完全兼容.

硅双栅场效应晶体管

本文综合各种资料,结合生产实践,以国内已大批量使用的几种不同结构的硅双栅场效应晶体管管芯的解剖分析为基础,介绍其原理和设计考虑、封装形式、关键参数及测试、使用注意事项和常见失效现象、工艺流程和特点。

双栅场效应晶体管及其应用

本文介绍双栅ＭＯＳ场效应晶体管的工作原理与特性，并给出了它在调制和解调等电路中的一些典型应用举例。

双栅非晶InGaZnO薄膜晶体管有源层厚度对电学性能的影响

双栅非晶InGaZnO薄膜晶体管(DG a-IGZO TFTs)具有比单栅a-IGZO TFTs更优良的电学性能.文中基于a-IGZO/SiO_2界面缺陷态呈指数型分布的模型,讨论了在界面缺陷态影响下双栅驱动的DG a-IGZO TFTs有源层厚度对电学性能的影响.研究结果表明:随着有源层厚度的减小,双栅驱动模式下DG a-IGZO TFTs两栅极的耦合作用增强,有源层上、下表面的导电沟道向体内延伸,使器件的场效应迁移率显著增加;界面缺陷态对DG a-IGZO TFTs场效应迁移率的影响随着有源层厚度的减小而降低,对亚阈值摆幅的影响随着有源层厚度的减小而增大.

异质栅类MOS碳纳米场效应管中量子电容的影响

本研究小组提出的基于异质栅类MOS碳纳米场效应管器件设计结构不仅能增大开关电流比、调节阈值电压、降低器件功耗,而且还能有效消除传统类MOS碳纳米场效应管的双极性传输特性。但是,作为典型的低维系统,该新型器件设计不可避免地受到量子电容的影响。本文在分析其工作原理的基础上首次研究了量子电容对其传输特性的影响。研究结果表明,量子电容不仅能增大该新型器件的关断电流、减小开关电流比,而且还能破坏其单极性传输特性,给其在电路中的应用带来负面影响。本文最后给出了几点减少量子电容影响的建议。

一种新型源电极的DMDG隧穿场效应晶体管

研究了一种新型源电极的双物质双栅隧穿场效应晶体管（NSE-DMDG-TFET）,该器件结合了新型源电极和双物质栅的优点,其中新型源电极由传统的欧姆接触电极和高功函数浮空肖特基接触电极构成,该肖特基接触电极可有效抬升其电极下的能带、增大源区价带和沟道区导带之间的能带重叠区、减小隧穿距离,提高了开态电流和开关电流比,获得了更小的亚阈值摆幅。运用Silvaco TCAD软件完成器件仿真,并优化了该肖特基接触电极与栅电极的间距、栅金属功函数等参数。仿真结果表明：在室温下,该隧穿场效应晶体管的开态电流为3. 22×10^-6A/μm,关态电流为5. 71×10^-17A/μm,开关电流比可达5. 64×10^10,亚阈值摆幅为34. 22 mV/dec。

异质双栅结构LDMOS的物理建模和仿真

对一种采用新结构的LDMOS(lateral double diffused metal oxide semiconductor)器件建立了模型.该器件在LDMOS中采用异质双栅(dual material gate,DMG)结构,这样使得该器件(DMG-LDMOS)同时具有LDMOS和DMG MOSFET的特性和优点.给出了DMG-LDMOS中沟道区表面电势和电场的一维表达式,并在此基础上考虑了大驱动电压下引入的沟道载流子速度过冲效应的影响,建立了基于物理的沟道电流模型.最后比较了Medici器件仿真结果和所建立的沟道电流模型,验证了该模型的可用性.

双栅和环栅MOSFET中短沟效应引起的阈值电压下降

基于电荷分享原理 ,推导了双栅和环栅 MOSFET短沟效应引起的阈值电压下降 ,分析了衬底掺杂浓度、栅氧化层厚度及硅膜厚度等因素对阈值电压下降的影响 ,并用数值模拟验证了理论结果 .这些研究结果对进一步开展纳米

Ga_(1-x)Al_xAs/GaAs异质结构二维电子气晶体管(TEGFET)

制备了耗尽型和增强型TEGFET,耗尽TEGFE单栅长1μm,其室温跨导g_m=90mS/mm;双栅栅长均为2μm。g_m=75mS/mm。双栅的结果优于本实验室相同结构与尺寸的离子注入型常规双栅MESFET与高掺杂沟道MIS结构肖特基势垒FET的实验结果。双栅耗尽型器件在77K下跨导增加到1.7倍。双栅增强型的TEGFET在室温0.6V栅偏压下,g_m=63mS/mm,在77K下增加到1.4倍。如器件中出现平行电导时,则器件性能退化,它不但使跨导降低,且随栅编压变化很大。文中讨论了这一现象。

新型锗源环栅线隧穿晶体管结构设计及优化

设计了一种锗源环栅线隧穿晶体管(GAA-LTFET),并采用TCAD工具对其工作原理进行了分析,通过双栅功函数技术抑制寄生点隧穿机制,消除了转移电流曲线上的驼峰现象,提高器件特性。此外,还针对源区掺杂浓度和沟道厚度等关键参数进行了分析和优化,最终器件平均亚阈值摆幅可达33.4 mV/dec,开态电流可达0.64μA/μm,开关比值约为9×10^(8),该器件的优异特性有望促进后摩尔时代超低功耗技术的发展。