【摘要】：隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展,MOSFET的特征尺寸已縮小到納米級(jí),極大的提高了器件及電路的性能,但日益嚴(yán)重的小尺寸效應(yīng)又限制了器件進(jìn)一步發(fā)展。因此,為了降低這些小尺寸效應(yīng)的影響,研究者們提出了一些新的器件結(jié)構(gòu)、材料以及工藝技術(shù),如SOI MOSFET,高k材料,超淺結(jié)技術(shù)等。此外,在集成電路設(shè)計(jì)過(guò)程中,高速、精確的器件模型對(duì)于縮短研制周期,提高集成電路性能都具有著重要意義。因此,對(duì)小尺寸器件需要重新進(jìn)行建模以適應(yīng)半導(dǎo)體工藝的發(fā)展。針對(duì)上述問(wèn)題,論文開(kāi)展了如下幾個(gè)方面的工作:(1)首先,論文闡述了半導(dǎo)體器件的發(fā)展概況和SOI技術(shù),著重分析了兩種經(jīng)典SOI MOSFET模型的優(yōu)缺點(diǎn);其次,提出了利用半解析法來(lái)建立電勢(shì)的二維解析模型;最后,通過(guò)對(duì)半解析法相關(guān)理論的分析,考察了半解析法建立二維電勢(shì)模型的可行性。(2)隨著器件特征尺寸的不斷減小,埋氧化層二維電場(chǎng)效應(yīng)對(duì)正面表面勢(shì)的影響越來(lái)越大,為了建立精確的電勢(shì)模型中,需要同時(shí)求解柵介質(zhì)層、硅膜和埋氧化層三個(gè)區(qū)域的泊松方程。因此,論文首先對(duì)柵介質(zhì)層、硅膜以及埋氧化層引入矩形等效源,建立各區(qū)電勢(shì)分布的泊松方程,并確定其對(duì)應(yīng)的邊界條件。利用分離變量法解得了三個(gè)區(qū)域電勢(shì)的二維解析表達(dá)式,表達(dá)式中含有待定系數(shù);然后,利用特征函數(shù)展開(kāi)法對(duì)銜接條件恒等式做處理,得到了求解待定系數(shù)的矩陣方程組;最后,將矩陣方程組解的結(jié)果代入電勢(shì)的解析表達(dá)式中,得到電勢(shì)的解析解,從而建立了 SOI MOSFET電勢(shì)的二維半解析模型。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)閾值電壓的定義和二分法原理,建立了基于表面勢(shì)的SOI MOSFET閾值電壓模型。(3)隨著器件尺寸的進(jìn)一步縮小,柵氧化層厚度也會(huì)逐漸減薄,而較薄的柵氧化層又會(huì)引起隧穿電流增大等一系列問(wèn)題。為了解決隧穿電流增大的問(wèn)題,研究者們通常采用高介電常數(shù)的柵介質(zhì)材料。首先,論文介紹了高k柵介質(zhì)材料及其基本特性;然后,針對(duì)高k SOI MOSFET,利用第三章的建模方法,建立電勢(shì)分布的定解方程;最后,利用半解析法和特征函數(shù)展開(kāi)法推導(dǎo)出該器件電勢(shì)的二維半解析模型。根據(jù)所建立的電勢(shì)模型,推導(dǎo)出基于表面勢(shì)的閾值電壓模型。最后對(duì)上述建立的電勢(shì)和閾值電壓模型進(jìn)行了仿真驗(yàn)證和分析。(4)由于器件尺寸的減小,短溝道效應(yīng)越來(lái)越明顯。為了減小短溝道效應(yīng),工藝上會(huì)采用超淺結(jié)技術(shù),然而較小的漏源區(qū)結(jié)深又會(huì)引起漏源寄生電阻的增大,進(jìn)而嚴(yán)重的限制了器件的驅(qū)動(dòng)能力。因此,精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)小尺寸下漏源寄生電阻隨器件參數(shù)的變化,對(duì)于后續(xù)的電路仿真和設(shè)計(jì)具有非常重要的實(shí)際意義。基于此,論文研究并建立了具有高精度、可預(yù)測(cè)性的漏源寄生電阻模型。首先,論文根據(jù)MOSFET的工作原理,在MOSFET的漏源區(qū)域引入了矩形等效源,提出求解漏源寄生電阻的二維定解方程和邊界條件;然后,通過(guò)用分離變量法、廣義傅立葉展開(kāi)法和積分法相結(jié)合求解了定解問(wèn)題,建立了 MOSFET漏源寄生電阻的二維半解析模型,闡明了源漏源寄生電阻與器件參數(shù)之間的關(guān)系。計(jì)算和仿真結(jié)果表明模型具有較高的精度。綜上所述,論文利用半解析法和特征函數(shù)展開(kāi)法,分別建立全耗盡SOI MOSFET、高k SOI MOSFET的電勢(shì)、閾值電壓的解析模型以及小尺寸器件的漏源寄生電阻模型,并將模型的計(jì)算結(jié)果和Silvaco軟件仿真結(jié)果進(jìn)行了比對(duì)。結(jié)果表明,建立的模型都具有較高的精度,各參數(shù)之間的物理意義明確且模型不需要適配參數(shù)、運(yùn)算量小。此外,所建立的模型避免了數(shù)值分析時(shí)方程的離散化,可直接用于器件特性分析和電路模型程序中。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN386

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 周志杰;胡昌華;周東華;;基于非解析模型的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)故障預(yù)報(bào)技術(shù)[J];信息與控制;2006年05期

2 陳玉鵬,潘龍法,陸達(dá),徐端頤;基于多媒體負(fù)載的光盤庫(kù)性能解析模型[J];清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2004年02期

3 陳建軍;陳書明;梁斌;劉征;劉必慰;秦軍瑞;;NBTI效應(yīng)導(dǎo)致SET脈沖在產(chǎn)生與傳播過(guò)程中的展寬[J];電子學(xué)報(bào);2011年05期

4 呂紅亮,張義門,張玉明;4H-SiC器件擊穿特性的新型解析模型[J];西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào);2003年06期

5 宋錚;張紅光;李福才;陳正;;基于指令表自驅(qū)動(dòng)的指令解析模型實(shí)現(xiàn)方法研究[J];微電子學(xué)與計(jì)算機(jī);2007年11期

6 何進(jìn),張興,黃如,王陽(yáng)元;TFSOI RESURF功率器件表面電場(chǎng)分布和優(yōu)化設(shè)計(jì)的新解析模型(英文)[J];半導(dǎo)體學(xué)報(bào);2001年04期

7 湯庭鰲,C.A.PazdeAraujo;適用于獲得砷硼淺結(jié)的快速熱退火解析模型[J];復(fù)旦學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1987年03期

8 江厚滿,程湘愛(ài);描述光伏效應(yīng)的新解析模型[J];強(qiáng)激光與粒子束;2002年02期

9 ;光探測(cè)與器件[J];中國(guó)光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)文摘;2003年03期

10 仁偉建;呂雪峰;;基于優(yōu)化技術(shù)的電力系統(tǒng)故障診斷解析模型的研究[J];計(jì)算機(jī)與信息技術(shù);2006年03期

相關(guān)會(huì)議論文 前4條

1 滿孜郁;劉猛;白江波;熊峻江;;三向織物復(fù)合材料拉伸模量解析模型[A];中國(guó)力學(xué)大會(huì)——2013論文摘要集[C];2013年

2 詹水芬;胡焱弟;彭士濤;戴明新;王愷;白志鵬;;遺傳算法優(yōu)選個(gè)體PM暴露神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)源解析模型輸入變量[A];中國(guó)顆粒學(xué)會(huì)第六屆學(xué)術(shù)年會(huì)暨海峽兩岸顆粒技術(shù)研討會(huì)論文集（下）[C];2008年

3 葛曉光;;含水層中漿液擴(kuò)散解析模型及徑向水流解[A];地面巖石工程與注漿技術(shù)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];1997年

4 張震;司勇;張自強(qiáng);楊嘉陵;;飛機(jī)攔阻系統(tǒng)(EMAS)小車維護(hù)或救援的動(dòng)力學(xué)解析模型和數(shù)值模擬:移動(dòng)載荷作用下彈塑性地基梁的動(dòng)力響應(yīng)[A];中國(guó)力學(xué)大會(huì)——2013論文摘要集[C];2013年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前6條

1 李鵬;旋轉(zhuǎn)摩擦焊熱源演變及接頭成形機(jī)制[D];西北工業(yè)大學(xué);2015年

2 馬胤琛;磨削過(guò)程動(dòng)態(tài)性能測(cè)試、解析模型構(gòu)建及工藝優(yōu)化方法研究[D];東華大學(xué);2016年

3 常紅;全耗盡SOI MOSFET亞閾值區(qū)二維半解析模型的研究[D];安徽大學(xué);2017年

4 唐占文;考慮界面相的復(fù)合材料宏—細(xì)觀漸進(jìn)損傷解析模型研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

5 趙琳;基于單胞解析模型與漸進(jìn)損傷分析的復(fù)合材料強(qiáng)度預(yù)報(bào)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

6 鄭長(zhǎng)勇;新型MOSFET器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建模及特性模擬[D];安徽大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 韓敏;基于Cosparse解析模型的壓縮感知算法及其應(yīng)用研究[D];燕山大學(xué);2015年

2 向平;新型多柵M0SFET解析模型與數(shù)值仿真研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

3 石濤;TSV熱機(jī)械應(yīng)力及其對(duì)徖移率的影響的研究[D];西安電子科技大學(xué);2014年

4 吳云;污染場(chǎng)地中蒸氣入侵風(fēng)險(xiǎn)的三維數(shù)值模擬和量化分析[D];浙江大學(xué);2016年

5 孫智權(quán);氣缸動(dòng)力學(xué)與末端沖擊研究[D];華南理工大學(xué);2016年

6 徐安敏;基于材質(zhì)測(cè)量的光照建模研究[D];山東大學(xué);2016年

7 王健;基于擴(kuò)展解析模型的電網(wǎng)故障診斷方法研究[D];華北電力大學(xué)(北京);2016年

8 胡明剛;基于解析模型與灰色時(shí)序模型的化工設(shè)備故障預(yù)診斷方法研究[D];青島科技大學(xué);2012年

9 董明;具有高容錯(cuò)能力的電力系統(tǒng)故障診斷的解析模型與方法[D];浙江大學(xué);2012年

10 呂少力;導(dǎo)電橋接存儲(chǔ)器的解析模型的研究[D];杭州電子科技大學(xué);2014年

，

本文編號(hào)：2441853