【摘要】：隨著MOSFET器件的特征尺寸進(jìn)入納米尺度,短溝道效應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)MOSFET器件的性能造成了嚴(yán)重影響,通過尺寸縮小來獲得性能提升的方法變得越來越困難。近年來,一種基于量子隧穿機(jī)理的場(chǎng)效應(yīng)器件隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管(tunneling field-effect transistor,TFET)被提出。理論上,TFET不僅可以有效抑制短溝道效應(yīng),還能突破傳統(tǒng)MOSFET亞閾值擺幅(Subthreshold Swing)不能低于60 mV/dec的限制,從而大幅度降低器件的開關(guān)功耗。因此TFET被認(rèn)為是最具前景的超低功耗器件之一。TFET的亞閾值電流對(duì)隧穿結(jié)附近的缺陷非常敏感,因此離子注入等工藝過程產(chǎn)生的缺陷會(huì)對(duì)TFET器件的亞閾值擺幅特性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。為了減小缺陷對(duì)TFET亞閾值特性的影響,本文主要從工藝過程優(yōu)化和器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩個(gè)方面展開研究。首先,利用TCAD工具分析了工藝參數(shù)對(duì)TFET器件特性的影響。研究表明,隨著源區(qū)摻雜劑量的不斷增大,中心濃度增加,隧穿電流增大;與橫向擴(kuò)散長(zhǎng)度相比,縱向摻雜深度的增加對(duì)隧穿電流影響不大。此外,隨著溫度升高,飽和電流穩(wěn)定提升。表明在恒定退火時(shí)間下,退火溫度的提高有助于摻雜元素的激活。其次,分析了不同退火技術(shù)對(duì)硼離子間隙缺陷集群的修復(fù)能力,利用濃度曲線與薄膜電阻率反映缺陷集群的變化。結(jié)果表明,采用新型退火方法,薄膜電阻率明顯下降,硼離子間隙缺陷集群(BIC)得到明顯的修復(fù)。最后,研究了柵溝道覆蓋和Pocket摻雜對(duì)TFET性能的影響。結(jié)果表明,側(cè)墻覆蓋漏區(qū)會(huì)使開態(tài)電流減小,關(guān)斷電流增加,并不會(huì)對(duì)其柵極泄漏電流起到影響;側(cè)墻覆蓋源區(qū),器件開態(tài)電流增大,關(guān)斷電流變化不大。此外,本文對(duì)傳統(tǒng)的TFET結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化,設(shè)計(jì)了具有柵源覆蓋和源區(qū)pocket器件結(jié)構(gòu)的TCAD工藝實(shí)現(xiàn)方法;結(jié)果表明,隨著柵極覆蓋長(zhǎng)度的增加,柵控能力增強(qiáng),柵覆蓋導(dǎo)致源區(qū)覆蓋面積內(nèi)的能帶大幅彎曲,隧穿由點(diǎn)隧穿變?yōu)槊娣e更大的線隧穿,亞閾值擺幅特性明顯改善。添加源pocket結(jié)構(gòu)后,整個(gè)晶體管的隧穿電流增加,亞閾值擺幅有所降低。
[Abstract]:With the characteristic size of MOSFET devices entering nanometer scale, the short channel effect has a serious impact on the performance of traditional MOSFET devices, so it is becoming more and more difficult to improve the performance of traditional MOSFET devices by reducing the size of MOSFET devices. In recent years, a field effect transistor (tunneling field-effect transistor,TFET) based on quantum tunneling mechanism has been proposed. Theoretically, TFET can not only effectively suppress the short channel effect, but also break through the limit of traditional MOSFET sub-threshold swing (Subthreshold Swing) which can not be lower than 60 mV/dec, thus greatly reducing the switching power consumption of the device. Therefore, TFET is considered to be one of the most promising ultra-low power devices. The subthreshold current of TFET is very sensitive to the defects near tunneling junctions. Therefore, the defects in the process of ion implantation will seriously affect the subthreshold swing characteristics of TFET devices. In order to reduce the influence of defects on the subthreshold characteristics of TFET, this paper mainly focuses on two aspects: process optimization and device structure design. Firstly, the influence of process parameters on the characteristics of TFET devices is analyzed by TCAD tool. The results show that the tunneling current increases with the increasing of the doping concentration in the source region and the longitudinal doping depth has little effect on the tunneling current compared with the transverse diffusion length. In addition, the saturation current increases steadily with the increase of temperature. It is shown that the increase of annealing temperature is helpful to the activation of doped elements at constant annealing time. Secondly, the repair ability of different annealing technology to the defect cluster of boron ion gap is analyzed, and the change of the defect cluster is reflected by the concentration curve and the film resistivity. The results show that with the new annealing method, the resistivity of the film decreases obviously, and the (BIC) of boron ion gap defect cluster is obviously repaired. Finally, the effects of gate channel coverage and Pocket doping on the performance of TFET are studied. The results show that the on-state current decreases and the turn-off current increases, which does not affect the gate leakage current, while the on-state current increases and the turn-off current does not change much. In addition, the traditional TFET structure is optimized, and the realization method of TCAD process with gate source coverage and source pocket device structure is designed. The results show that with the increase of the gate coverage length, the gate control ability increases, and the energy band in the source area is significantly curved, the tunneling is changed from point tunneling to line tunneling with larger area, and the sub-threshold swing amplitude is improved obviously. When the source pocket structure is added, the tunneling current of the transistor increases and the sub-threshold swing decreases.
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN386

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