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基于ISE的MOSFET器件电学特性模拟分析与研究

作　者: 张学锋
导　师: 赵纪军
学　校: 大连理工大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 高k电介质钝化层器件模拟 MOSFET 电学特性
分类号: TN386
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

MOSFET器件具有热稳定性好、安全工作区大等优点,所以很早就引起了人们的关注,但是随着器件尺寸的不断缩小,出现了很多负面效应,为了尽量减小甚至消除这些负面效应的影响,大多数人的注意力都集中到了改善界面质量和等效氧化物厚度上,可以通过使用钝化层和高k电介质达到上述目的。本论文利用自洽求解泊松-连续性方程理论模型,模拟了一种带有Si钝化层和高k氧化物层的金属-氧化层-半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET）的电学特性。通过改变四个参数(In_0.53Ga_0.47As轻微N型掺杂、串联电阻、界面陷阱及沟道层内载流子迁移率),将模拟结果和实验对比,阐述其对器件性能的影响。研究的结果如下:（1）通过改变沟道层材料In_0.53Ga_0.47As的轻微N型掺杂这个参数以后的电学特性模拟数据和实验数据的对比,我们发现,In_0.53Ga_0.47As材料非故意轻微N型掺杂对器件的I_ds-V_ds曲线的影响是比较小的,可以忽略其作用;（2）通过添加施主类型界面陷阱这个参数以后的电学特性模拟数据和实验数据的对比,我们发现,添加了施主类型界面陷阱导致漏极电流增大;（3）通过考虑了源漏串联电阻这个参数以后的电学特性模拟数据和实验数据的对比,我们发现,由于串联电阻会导致漏极电流减小,那么只能用减小串联电阻的办法增大漏极电流,所以可以用增大电极板接触面积的方法减小串联电阻的影响;（4）通过考虑了沟道层中载流子迁移率这个参数以后的电学特性模拟数据和实验数据的对比,我们发现,沟道中载流子迁移率随着栅极电压的增大而增加,必须使栅压对应自己的迁移率,这样得出的电学特性模拟数据才准确。所以随着栅压的增加,最后导致漏极电流增大。（5）同时考虑以上四个参数,得到的模拟结果与实验数据非常吻合,表明本文模型是正确的。在四个参数中,源漏串联电阻和沟道层载流子迁移率的影响最大,这可以作为器件设计的重要依据。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-24
  1.1 课题研究背景和意义  8
  1.2 半导体发展概况  8-9
  1.3 MOSFET器件概况  9-18
    1.3.1 MOSFET的核心  9-10
    1.3.2 MOSFET的结构  10-11
    1.3.3 MOSFET的操作模式  11-12
    1.3.4 MOSFET的应用  12-14
    1.3.5 MOSFET的尺寸缩放  14-16
    1.3.6 MOSFET的栅极材料  16-17
    1.3.7 各种常见的MOSFET技术  17-18
    1.3.8 MOSFET与IGBT的对比  18
  1.4 半导体器件模拟概述  18-19
  1.5 工艺及器件仿真工具ISE-TCAD  19-24
    1.5.1 工艺仿真工具DEVISE  20
    1.5.2 器件仿真工具DESSIS  20-21
    1.5.3 设计流程  21-22
    1.5.4 Sentaurus-WorkBench TCAD设计平台  22-24
第二章器件模拟的基本方程及数值方法  24-28
  2.1 半导体器件模拟的基本方程  24-26
  2.2 半导体器件数值模拟方法  26-28
第三章 MOSFET的器件结构及模型  28-34
  3.1 MOSFET器件结构  28
  3.2 MOSFET器件模拟所用模型  28-34
    3.2.1 带隙和电子亲和能模型  28-31
    3.2.2 复合模型  31-34
第四章 MOSFET器件的模拟结果  34-41
  4.1 只考虑沟道层半导体材料In_(0.53)Ga_(0.47)As的非故意轻微N型掺杂的输出特性模拟  34-35
  4.2 只考虑源漏串联电阻的输出特性模拟  35-36
  4.3 只考虑界面陷阱的输出特性模拟  36-38
  4.4 只考虑沟道层载流子迁移率的输出特性模拟  38-39
  4.5 综合考虑以上四个参数的模拟结果  39-41
第五章结论  41-42
参考文献  42-45
附录A 主要符号对照表  45-46
附录B InAs材料参数库  46-49
附录C GaAs材料参数库  49-52
附录D Si材料参数库(部分)  52-56
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  56-57
致谢  57-58

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