SOI-MOS器件的自热效应仿真及产热机理研究

随着微电子器件日益微型化和高速化,自热效应已逐渐成为限制其性能提升的重要因素,深入理解纳米尺度器件产热机理对电子器件的设计和优化具有重要意义.针对绝缘体上硅金属-氧化物半导体场效应晶体管(SOIMOS)进行了电热仿真,基于漂移扩散模型详细计算和分析了焦耳热、重组热和帕尔贴-汤姆逊热的生成及其影响.计算结果显示,焦耳热在器件内是主要的功耗来源,主要分布在栅极下方的导电沟道处,最大值出现在漏极端.与此相比,重组热的量级极小,主要分布在沟道区和源漏结区,其对温度场和器件性能的影响较弱.帕尔贴-汤姆逊热与焦耳热的产热量级相当,会影响器件温度分布.然而,由于其在栅极下方存在独特的冷热源交替分布,加热效应和制冷效应得到了抵消,同时引起的温度变化集中在源漏电极下方,导致其对器件性能基本不产生影响.此外,帕尔贴-汤姆逊热的影响与边界条件有关,在基底散热时,忽略帕尔贴-汤姆逊热会导致温度场预测发生较大偏差,这对于评估器件的寿命和可靠性非常关键.