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随着器件特征尺寸缩短到纳米范围,短沟道效应给器件性能带来了重要影响。短沟道效应会造成器件阈值电压下降,从而使亚阈值电流呈指数倍增加。因此,集成电路的发展过程,就是在不断缩短沟道长度的同时,尽量设法消除或削弱短沟道效应所带来的不利影响。
绝缘体上硅(SOI: Silicon—on—Insulator)技术以其独特的材料结构有效地克服了体硅材料的不足,充分发挥了硅集成电路技术的潜力,正逐渐成为制造高速、低功耗、高集成度和高可靠性超大规模集成电路的主流技术。建立既简洁又能精确描述SOI器件特性的模型成为当前的重要课题。
本文首先从短沟道效应的基本原理——电荷分享原理以及两个常用模型——Yau模型和Dang模型出发,对原有的常用薄膜常规SOI器件阈值电压理论模型进行分析和改进,将短沟道效应对阈值电压所产生的影响引入到该模型之中。另外,本文还以薄膜双栅SOI MOSFET在阈值电压附近硅膜中的常电位近似以及硅膜达到体反型时的泊松方程为基础,利用电荷分享原理,建立了一个短沟道薄膜双栅SOI MOSFET阈值电压理论模型。该模型同时考虑了薄膜双栅器件的体反型特性和短沟道效应。最后,利用MATLAB对薄膜常规和薄膜双栅SOI MOSFET中的短沟道效应所引起的阈值电压的下降进行了数值模拟计算和比较分析。同时,还分析了硅膜掺杂浓度、硅膜厚度、栅氧化层厚度对阈值电压下降的影响。结果表明,薄膜器件有利于减小短沟道效应,而双栅器件的短沟道效应比常规器件减小4倍。另外,对于薄膜器件来说,改变器件结构要比改变器件参数对短沟道效应的抑制作用好得多。