深亚微米MOSFET热载流子退化机理及建模的研究进展

本文给出了深亚微米ＭＯＳ器件热载流子效应及可靠性研究与进展．对当前深亚微米ＭＯＳ器件中的主要热载流子现象以及由其引起的器件性能退化的物理机制进行了详细论述．不仅对热电子，同时也对热空穴的影响进行了重点研究，为深亚微米ＣＭＯＳ电路热载流子可靠性研究奠定了基础．本文还讨论了深亚微米器件热载流子可靠性模型，尤其是ＭＯＳ器件的热载流子退化模型．

深亚微米MOSFET模型研究进展

文中在对深亚微米ＭＯＳＦＥＴ的器件模型的研究基础上，提出了研究ＭＯＳＦＥＴ模型值得注意的问题。

深亚微米MOSFET阈值电压模型

文章在分析短沟道效应和漏致势垒降低(DIBL)效应的基础上,通过引入耦合两效应的 相关因子,建立了高k栅介质MOSFET阈值电压的器件物理模型。模拟分析了各种因素对阈值电 压漂移的影响,获得了最佳的k值范围。

深亚微米MOSFET衬底电流的模拟与分析

利用器件模拟手段对深亚微米ＭＯＳＦＥＴ的衬底电流进行了研究和分析，给出了有效沟道长度、栅氧厚度、源漏结深、衬底掺杂浓度以及电源电压对深亚微米ＭＯＳＦＥＴ衬底电流的影响，发现电源电压对深亚微米ＭＯＳＦＥＴ的衬底电流有着强烈的影响，热载流子效应随电源电压的降低而迅速减小。当电源电压降低到一定程度时，热载流子效应将不再成为影响深亚微米ＭＯＳ电路可靠性的主要问题。

计入多晶硅耗尽效应的深亚微米MOSFET开启电压模型

本文提出了一个深亚微米MOSFET的开启电压的解析模型．它计入了影响开启电压的诸多二级效应，例如短沟效应、窄沟效应、漏感应势垒下降（DIBL）效应以及衬底的非均匀掺杂等效应．此外，模型还考虑了极短沟长器件的多晶硅耗尽效应．模型的计算结果和数值器件模拟的结果十分相符．

深亚微米MOSFET的蒙特卡罗快速模拟

用蒙特卡罗-泊松方程自洽求解的方法,对深亚微米金属-氧化物-半导体场效应晶体管——MOSFET的电特性进行了模拟.在泊松方程的求解上,使用了矩阵法,与一般的迭代方法相比,求解速度得到了极大的提高.为减少自散射的次数,用阶梯自散射方案求电子的自由飞行时间.这两个措施的实施,减小了蒙特卡罗模拟时间,加快了模拟速度.模拟中主要考虑了电离杂质、声学形变势、表面粗糙散射和电子谷间散射四种散射机制.模拟的MOSFET输出特性曲线和电子速度在沟道中的分布与报道的相关结果符合得很好.

深亚微米MOSFET二维数值模拟的若干结果

对深亚微米器件，由于工作电压下降，要求重新确定ＬＤＤ和常规ＭＯＳＦＥＴ在ＶＬＳＩ中的作用．本文从基本器件数理方程出发，对深亚微米常规及ＬＤＤＭＯＳＦＥＴ的器件特性、热载流子效应及短沟道效应进行了二维稳态数值模拟，指出了常规和ＬＤＤＭＯＳＦＥＴ各自的局限性，明确了在深亚微米ＶＬＳＩ中，ＬＤＤ仍然起主要作用。

一种深亚微米MOSFET高频噪声模型

基于深亚微米MOSFET的短沟道效应(迁移率退化、热载流子效应、体电荷效应、沟道长度调制效应等),提出了一种高频沟道噪声分析模型。该分析模型不仅具有较高的精确性,而且只包括MOSFET的工艺参数和电学参数,不含有微积分和拟合参数,较大地提高了MOSFET高频噪声模型的易用性。根据MOSFET的高频等效电路,得出了MOSFET的噪声系数模型。实验结果证明,提出的深亚微米MOSFET高频噪声模型的仿真结果与测试结果的平均误差不到0.4 dB,并与其他高频沟道噪声分析模型进行了比较。

一种改进的深亚微米MOSFET噪声模型

提出一种基于小信号的噪声模型,在精确提取0.13μm MOSFET的小信号参数后,结合Pospieszalsik和pucel模型,运用噪声相关矩阵转换技术提取出所有噪声参数。利用ADS建立噪声模型,在2-20 GHz频率范围内,仿真结果与测量结果吻合良好,验证了模型的准确性。

深亚微米PESD MOSFET特性研究及优化设计

本文对多晶抬高源漏（ＰＥＳＤ）ＭＯＳＦＥＴ的结构作了描述，并对深亚微米ＰＥＳＤＭＯＳ－ＦＥＴ的特性进行了模拟和研究，看到ＰＥＳＤＭＯＳＦＥＴ具有比较好的短沟道特性和亚阈值特性，其输出电流和跨导较大，且对热载流子效应的抑制能力较强，因此具有比较好的性能．给出了ＰＥＳＤＭＯＳＦＥＴ的优化设计方法．当ＭＯＳＦＥＴ尺寸缩小到深亚微米范围时。

MOSFET衬底电流模型在深亚微米尺寸下的修正

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ＭＯＳＦＥＴ 电路设计所必需的．在分析载流子输运的基础上建立了一个常规结构深亚微米ＭＯＳＦＥＴ 衬底电流的解析模型，模型公式简单．对模型进行了验证，研究了衬底掺杂浓度与栅氧化层厚度对拟合因子的影响，并分析了模型中拟合因子的物理意义．

一个用于深亚微米电路模拟的MOSFET解析模型

本文提出了一个新的深亚微米ＭＯＳＦＥＴ模型，它计入了影响深亚微米器件工作的各种二级物理效应．模型采用一个统一的公式描述所有的器件工作区，可以保证无穷阶连续．不仅适用于数字电路，而且可用于模拟电路的设计．模型计算的结果与实测器件的结果十分一致．

一个适用于模拟电路的深亚微米SOIMOSFET器件模型

从数值解源端和饱和点的表面电势出发 ,考虑模拟电路对 SOI MOSFET模型的一些基本要求如电荷守恒、器件源漏本征对称、各个工作区间连续并且高阶可导以及全耗尽和部分耗尽两种工作模式的转变 ,构建了一个能够满足这些要求的精确的器件模型 .同时包含了深亚微米 SOI MOSFET的一些二级效应如漏极诱生势垒降低效应 (DIBL )、速度饱和效应、自热效应等 .这个模型的参数相对较少并且精确连续 。

超深亚微米SOI NMOSFET中子辐照效应数值模拟

考虑3种特征尺寸的超深亚微米SOI NMOSFET的中子辐照效应。分析了中子位移辐照损伤机理,数值模拟了3种器件输出特性曲线随能量为1MeV的等效中子在不同辐照注量下的变化关系及中子辐照环境下器件工艺参数对超深亚微米SOI NMOSFET的影响。数值模拟部分结果与反应堆中子辐照实验结果一致。

量子化效应对深亚微米MOSFET亚阈区特性的影响

通过在三角势垒近似下求解薛定谔方程，应用费米统计建立了ＭＯＳＦＥＴ亚阈区经典的和量子力学的载流子分布模型，并从器件开启的实质出发，提出了一种适用于量子力学理论的开启电压定义，进而计算了经典理论和量子力学理论下的亚阈区载流子分布和亚阈区电流，系统研究了量子化效应对深亚微米ＭＯＳＦＥＴ亚阈区特性的影响。计算结果表明：在高掺杂浓度衬底时，量子化效应导致载流子浓度和亚阈区电流的显著降低和开启电压的升高，而对亚阈区斜率因子（Ｓ）没有明显的影响。因此在深亚微米ＭＯＳＦＥＴ器件亚阈区特性的模型工作和器件设计中，必须考虑量子化效应的影响。

超深亚微米工艺下模拟IC仿真的MOSFET模型

对MOSFET器件特性、MOSFET建模方法和建模发展历程进行了回顾,分析了在模拟集成电路低功耗设计中比较流行的模型(BSIM3和EKV模型),对它们进行了比较,分析其各自的优点和缺点。结果表明获得能够精确地预测高性能模拟系统的模型是很困难的,而EKV模型在模拟集成电路的低功耗设计中具有一定的优势。

超深亚微米PMOSFET器件的NBTI效应

研究了超深亚微米 PMOS器件中的 NBTI(负偏置温度不稳定性 )效应 ,通过实验得到了 NBTI效应对PMOSFET器件阈值电压漂移的影响 ,并得到了在 NBTI效应下求解器件阈值电压漂移的经验公式 .分析了影响NBTI效应的主要因素 :器件栅长、硼穿通效应和栅氧氮化以及其对器件寿命退化的作用 .给出了如何从工艺上抑制

深亚微米SOI MOSFET低压热载流子效应研究

当器件尺寸进入深亚微米后,SOIMOS集成电路中的N沟和P沟器件的热载流子效应引起的器件退化已不能忽视。通过分别测量这两种器件的跨导、阈值电压等参数的退化与应力条件的关系,分析了这两种器件的退化规律,对这两种器件的热载流子退化机制提出了合理的解释。并模拟了在最坏应力条件下,最大线性区跨导Gmmax退化与漏偏压应力Vd的关系,说明不同沟长的器件在它们的最大漏偏压以下时,能使Gmmax的退化小于10%。

高压大功率SiC MOSFETs短路保护方法

碳化硅(SiC)MOSFETs短路承受能力弱,研究其短路保护方法成为保障电力电子设备安全运行的重要课题。现有方法大多围绕低压小功率SiC MOSFETs,然而随着电压和功率等级的提升,器件特性有所差异,直接套用以往设计难以实现高压大功率SiC MOSFETs的快速、可靠保护。该文首先详细研究了几种常用短路检测方法;其次基于高压大功率SiC MOSFETs器件特性,深入对比分析了不同短路检测方法的适用性,提出一种阻容式漏源极电压检测和栅极电荷检测相结合的短路保护方法;最后搭建了实验平台验证所提方法的可行性。结果表明,提出的方法在硬开关短路故障(hard switching fault,HSF)下,保护响应时间缩短了1.4μs,短路能量降低了62.5%;且能可靠识别负载短路故障(fault under load,FUL)。

深亚微米槽栅PMOSFET结构参数对其抗热载流子效应和短沟道抑制作用的影响

基于流体动力学能量输运模型 ,利用二维仿真软件 Medici对深亚微米槽栅 PMOS器件的结构参数 ,如凹槽拐角、负结深、沟道和衬底掺杂浓度对器件抗热载流子特性和短沟道效应抑制作用的影响进行了研究 .并从器件内部物理机理上对研究结果进行了解释 .研究发现 ,随着凹槽拐角、负结深的增大和沟道杂质浓度的提高 ,器件的抗热载流子能力增强 ,阈值电压升高 ,对短沟道效应的抑制作用增强 .而随着衬底掺杂浓度的提高 ,虽然器件的短沟道抑制能力增强 。