納米級MOSFETs的3D TCAD建模與結構研究.pdf

1、隨著傳統(tǒng)的CMOS結構的特征尺寸不斷縮小,深亞微米甚至納米量級已經達到尺寸縮小的極限,導致CMOS器件的性能面臨短溝道效應以及工藝限制等的問題。為了保持摩爾定律預計的發(fā)展速度,以雙柵MOSFETs和FinFETs為代表的新型器件結構以優(yōu)良的抑制短溝道效應性能以及高集成度的突出特點,成為業(yè)界最熱的研究焦點。但是,新的器件結構隨著特征尺寸的進一步縮小,傳統(tǒng)平面器件的物理模型便不再適用,需要建立量子效應等相關的新物理模型;同時非平面超薄體集中

2、散熱的問題也越來越嚴重。
　　本論文主要涉及納米級 MOSFETs的小尺寸效應,以及針對多柵 MOSFETs相關小尺寸效應的物理建模,研究多柵MOSFET的不同溝道面晶向對有效遷移率和驅動電流的降低效應,并設計新型器件結構加以改善晶向差異的影響及非平面小尺寸器件的散熱問題,主要研究工作如下:
　　1、根據器件按比例縮小的規(guī)律,分析了短溝道情況下的源極和漏極電場對溝道的強制作用引起的二階效應等,包括漏致勢壘降低和源漏穿通效應、

3、強電場效應等,而非平面多柵 MOS器件能在提高集成度基礎上有效降低短溝道效應,但體硅厚度的不斷減薄不僅使得其載流子遷移率降低,同時集中散熱問題也愈凸顯,我們深入研究超薄體的遷移率散射機制,同時討論半導體材料熱導率受尺寸及摻雜等因素的影響。
　　2、對多柵MOSFETs中較突出的量子效應和短溝道效應等進行有效的物理建模和TCAD仿真驗證,同時針對小尺寸MOS器件的3D TCAD仿真,討論如何設置最優(yōu)的3D網格和數值函數方法,以匹配模

4、型的應用,達到三維器件模擬的精準性和快速性,重點研究超薄體硅的界面粗糙度散射機制,對不同溝道面晶向的遷移率進行有效的2D和3D TCAD建模并實現(xiàn)仿真驗證。
　　3、探討Fin體表面和側面晶向差異對雙柵及三柵MOSFET的有效遷移率以至驅動電流的嚴重影響,針對多柵 MOS器件存在的晶向差異降低驅動電流和非平面小尺寸器件集中散熱的問題,設計一種T型柵結構的3D MOS器件,改善了晶向差異的影響,同時克服體反型條件下多個溝道面相互作用