納米雙柵MOSFET器件中單元雜質(zhì)效應(yīng)研究.pdf

1、隨著金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFETs)尺寸的不斷縮小，當(dāng)器件尺寸縮小至納米尺度時(shí)，量子力學(xué)效應(yīng)開始凸顯并且顯著改變了器件的物理特性。在這種情況下，傳統(tǒng)的基于玻爾茲曼輸運(yùn)方程以及在其基礎(chǔ)上建立的經(jīng)典器件模擬方法將不再適用。本文中我們利用一種三維全量子力學(xué)原子論方法來研究納米尺度雙柵金屬-氧化物-半導(dǎo)體-場(chǎng)效應(yīng)晶體管(DG-MOSFET)。運(yùn)用應(yīng)變體帶布洛赫態(tài)線性組合(SLCBB)方法求解器件區(qū)域內(nèi)的薛定諤方程從而得到系統(tǒng)的

2、電子態(tài){E，Ψi（r)}，然后通過勢(shì)壘頂部波函數(shù)分解(TBS)輸運(yùn)模型得到器件區(qū)域內(nèi)的占據(jù)電荷密度和凈電流，進(jìn)而與泊松方程耦合進(jìn)行自洽求解，與目前應(yīng)用比較廣泛的緊束縛近似-非平衡格林函數(shù)方法相比較，這種方法在保持計(jì)算準(zhǔn)確性的同時(shí)又大大降低了計(jì)算時(shí)間。
　　本文中，我們應(yīng)用這種全量子力學(xué)的模擬方法研究了10納米雙柵金屬-氧化物-半導(dǎo)體-場(chǎng)效應(yīng)晶體管(10nm-DG-MOSFET)中的單雜質(zhì)效應(yīng)。
　　首先，研究了不同類型的單雜

3、質(zhì)摻雜對(duì)10納米雙柵MOSFET器件性能的影響，分為N型雜質(zhì)和P型雜質(zhì)這兩種情況。計(jì)算結(jié)果表明:這兩種類型的雜質(zhì)原子對(duì)雙柵MOSFET器件溝道內(nèi)凈電流、溝道內(nèi)占據(jù)電荷密度分布以及溝道內(nèi)勢(shì)壘分布均有比較明顯的影響，并且不同類型的雜質(zhì)原子使得雙柵MOSFET器件性質(zhì)的變化趨勢(shì)不一樣，例如，N型雜質(zhì)原子使得凈電流略偏大，而P型雜質(zhì)原子使得凈電流略偏小。
　　其次，研究了單雜質(zhì)原子的摻雜濃度在溝道內(nèi)均勻分布情況和非均勻分布（雜質(zhì)原子在溝道

4、內(nèi)中心位置）情況下，雙柵MOSFET器件溝道內(nèi)凈電流、占據(jù)電荷密度以及勢(shì)壘分布的變化。計(jì)算結(jié)果表明，由于器件尺寸非常小，使得器件在整個(gè)溝道區(qū)域內(nèi)的雜質(zhì)原子數(shù)目非常少，假設(shè)雜質(zhì)均勻分布的計(jì)算結(jié)果不很準(zhǔn)確，表現(xiàn)為:一、與非均勻摻雜情況有較明顯的區(qū)別;二、不能描述摻雜原子的隨機(jī)波動(dòng)引起的器件性質(zhì)的隨機(jī)漲落問題。
　　最后，研究了單雜質(zhì)原子在溝道內(nèi)不同位置時(shí)對(duì)10納米雙柵MOSFET器件性能的影響，取了溝道內(nèi)三個(gè)不同位置:溝道左側(cè)（近源區(qū)