应变对NMOSFET性能影响的研究

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计算机、通信、传感器等技术的高速发展,大大促进了电子器件的微型化。为此,各国都投入了大量的人力和物力。随之,微机电系统(MEMS)加工技术、纳机电系统(NEMS)加工技术、分子束外延(MBE)技术等得到快速发展。各种新型的微电子器件被加工出来。因器件自身尺寸的缩小,从而产生各种效应,量子效应就是其中最重要的一种效应。它会使器件的性能和特征发生改变。本文主要研究了场效应管(FET)。基于对介观压阻效应的延展,作者提出介观压导效应,可简单定义为“应力对电流的调制”。其由四个物理过程组成:(1)在一定条件下的均匀应力引起纳米结构中的应力分布发生变化;(2)一定条件下应力变化可以引起内建电场的产生;(3)内建电场将导致FET沟道导带能级发生变化;(4)沟道导带能级发生变化会引起载流子浓度的降低从而引起沟道电流ID的变化。通过上述过程可以将一个弱力学信号转化为强电学信号。本文所做的单轴应力下应变对NMOSFET的ID-VDS特性、ID-VGS特性、Gtr-VGS特性的影响是介观压导效应的实现。利用MATLAB软件计算绘图,分析应力对NMOSFET特性的影响。找出Gtr-VGS特性是最好的研究对象。根据Gtr-VGS特性设计了介观压导微位移传感器。最后计算了传感器的输入输出特性和灵敏度,和经典的压阻式位移传感器作了比较。主要研究内容如下:(1)从能带理论的角度寻找介观压导的理论支撑。(2)计算NMOSFET结构中,应变对沟道电流的影响,分析它的压导效应。(3)为设计合理的传感器分析材料受力。(4)计算传感器等截面梁的输出和输入关系和灵敏度,并与同类传感器作简单的比较。本论文从理论上验证了介观压导效应原理可以提高传感器的灵敏度,为设计新型的传感器提供了一种思路。
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