无结晶体管阈值电压模型与新结构

摘要

随着半导体技术的不断进步，晶体管特征尺寸已缩短至纳米范畴，当器件沟道长度小于10nm以后，制造沟道PN结的工艺变得更为困难。基于这一问题，沟道和源漏掺杂类型相同的无结晶体管再一次被提出。阈值电压是器件最重要的电学参数，它在器件模拟和电路设计方面都起着举足轻重的作用。
　　本文在简要介绍无结晶体管工作机理和优势的基础上，深入研究了无结晶体管的阈值电压提取方法、模型和新结构。
　　首先，分析总结了9类阈值电压提取方法，分别利用它们提取了不同沟道长度 FinFET和纳米线无结晶体管的阈值电压。提取结果表明：不同的阈值电压提取方法的提取结果各不相同，并且有些阈值电压提取方法不适用于提取短沟道器件的阈值电压。
　　其次，通过求解二维泊松方程，建立了长沟道三栅无结晶体管的亚阈值区电势模型，在电势模型的求解中首次考虑了埋氧层和衬底偏置的影响，并且也考虑了栅拐角的影响。在此基础上，根据阈值电压的定义，推导出了该器件的阈值电压模型。电势和阈值电压模型的解析结果和三维模拟软件仿真结果吻合良好，验证了模型的准确性。
　　最后，为了减小器件的关态电流和改善器件的关断特性，提出了一种新的双栅无结晶体管结构——PN沟道双栅无结晶体管。和传统的双栅无结晶体管相比，新结构器件可以大大减小器件的关态电流，提高器件的开关电流比。

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第一章 绪论

1.1 MOSFET器件的发展现状和挑战

1.2无结晶体管

1.3无结晶体管阈值电压模型的研究进展

1.4本文的研究工作和内容安排

第二章 无结晶体管阈值电压提取方法

2.1器件结构与特性

2.2阈值电压提取方法

2.3不同阈值电压提取方法的比较

2.4本章小结

第三章 SOI三栅无结晶体管的电势和阈值电压模型

3.1亚阈值区电势模型推导

3.2亚阈值区电势模型验证

3.3阈值电压模型推导

3.4阈值电压模型验证

3.5本章小结

第四章 PN沟道双栅无结晶体管

4.1 PN沟道双栅无结晶体管结构和工作机理

4.2新结构器件特性

4.3 P型掺杂区参数对阈值电压和开关态电流的影响

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1论文总结

5.2创新性工作

5.3研究展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

致谢