應(yīng)用于石油勘探領(lǐng)域的電子設(shè)備通常需要在高溫環(huán)境(超過150℃)下工作,但采用目前常規(guī)工藝參數(shù)制造的硅基器件無法滿足高溫要求。盡管基于寬禁帶半導(dǎo)體材料的器件可承受較高的溫度,但其成本較高且不便于集成,因此,研究可實(shí)現(xiàn)高溫硅基器件的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)方法具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值�；诠璨牧细魑锢韰�(shù)的分析,對硅基MOS器件各性能指標(biāo)參數(shù)的溫度特性進(jìn)行研究,得到隨著溫度的升高M(jìn)OS器件泄漏電流迅速增大,閾值電壓減小,跨導(dǎo)減小的特性。對MOS器件的主要工藝參數(shù)與性能指標(biāo)參數(shù)的關(guān)系進(jìn)行了研究,指出襯底摻雜濃度對泄漏電流和閾值電壓的影響最為顯著,柵氧化層厚度則是決定閾值電壓溫度系數(shù)的關(guān)鍵參數(shù)。據(jù)此提出了一種高溫硅基MOS器件關(guān)鍵工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)方法,推導(dǎo)出滿足技術(shù)指標(biāo)要求的襯底摻雜濃度、柵氧化層厚度、溝道長度、源漏結(jié)深設(shè)計(jì)區(qū)間的表達(dá)式,計(jì)算出滿足技術(shù)指標(biāo)要求的各工藝參數(shù)取值范圍。基于高溫下泄漏電流和閾值電壓溫度系數(shù)與工藝參數(shù)的關(guān)系,提出了一種工藝參數(shù)優(yōu)化方法,得出在工藝參數(shù)的取值范圍內(nèi)盡量提高襯底摻雜濃度,使MOS器件的泄漏電流隨溫度增加而增大的幅度盡可能小,但其會造成閾值電壓溫度系數(shù)增大以及跨導(dǎo)減小,因此再通過減小柵氧化層厚度,使泄漏電流及閾值電壓溫度系數(shù)均滿足最小要求的同時(shí),對跨導(dǎo)的影響較小。計(jì)算并得出了一組滿足優(yōu)化要求的取值范圍更小且性能較好的高溫工藝參數(shù)。結(jié)合硅基MOS器件高溫工藝參數(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法,利用Silvaco TCAD工藝仿真軟件,對所確定的MOS器件工藝參數(shù)設(shè)計(jì)及優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行仿真驗(yàn)證,仿真結(jié)果驗(yàn)證了理論分析及所提出設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的正確性與可行性。
【學(xué)位單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN386.1
【部分圖文】：

且相對較為全面，其中包含半導(dǎo)體材料、半導(dǎo)體器件、集成電路等方現(xiàn)耐高溫設(shè)計(jì)，特別是工藝設(shè)計(jì)仍處于保密狀態(tài)。世紀(jì) 80 年代末 90 年代初我國開始對高溫微電子進(jìn)行研究，早期高溫本是學(xué)習(xí)吸收國外在這一方面的研究，在借鑒吸收國外高溫半導(dǎo)體研極性晶體管、MOS 器件等半導(dǎo)體器件的高溫工作特性開展了一系列和模型建立等方面取得了一定的成就。隨著國內(nèi)人員對半導(dǎo)體材料的入，耐高溫的半導(dǎo)體材料包括 SiC 和 GaAs 等材料也取得長足的發(fā)展[3]中詳細(xì)的介紹了硅器件高溫理論，分析了雙極型晶體管和 MOS 器效模式，并提出了改善 MOSFET 高溫工作性能和提高上限溫度的方OS 器件耐高溫設(shè)計(jì)提供了思路。如圖 1.1 所示為一個(gè) MOS 器件在不性曲線，可以看出在同一柵源電壓 VGS的情況下，MOS 器件的漏源電升高而逐漸減小，所以溫度的升高使 MOS 器件的驅(qū)動(dòng)能力下降，而時(shí)，MOS 器件的漏源電流反而升高到常溫漏源電流以上，這主要是流增加過多，漏源電流主要是泄漏電流為主，柵極電壓失去了對漏源從而 MOS 器件的工作特性變差甚至失效。

圖 2.1 禁帶寬度的溫度特性曲線）和（2.4）代入式（2.7），且代入 h 和 k0的值，得到34* *15 3 2(0)20 04.82 10 ( ) exp( )2n p gim m E Tn Tm k T 級密度的有效質(zhì)量：*00.59pm m，*01.08nm m，代32161.3 10 exp( 6491 )in T T

圖 2.1 禁帶寬度的溫度特性曲線2.2）和（2.4）代入式（2.7），且代入 h 和 k0的值，得到34* *15 3 2(0)20 04.82 10 ( ) exp( )2n p gim m E Tn Tm k T 料能級密度的有效質(zhì)量：*00.59pm m，*01.08nm m，代入得32161.3 10 exp( 6491 )in T T

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2808648