半解析法和半經(jīng)驗(yàn)法在SOI和MOSFET建模中的研究.pdf

1、早期關(guān)于SOI MOSFET的建模方法大多是先在硅膜中建立Poisson方程，再通過建立邊界條件解對應(yīng)的偏微分方程。但是這些模型包含了多個(gè)相互耦合的隱式方程，解決這些方程需要大量的運(yùn)算，這對于建模來說顯然是低效的。本文提出一種新型高k+SiO2柵SOI MOSFET表面勢能和閾值電壓變化的二維半解析分析模型，使用廣義Fourier變換來化簡模型中的Laplace方程和Poisson方程。這種方法不僅可以更好地對納米級全耗盡SOI MOS

2、FET建模，而且還能對各種柵介質(zhì)材料的性能進(jìn)行分析，最終目的是優(yōu)化或者預(yù)測器件性能。
　　關(guān)于MOSFET源/漏電阻的提取方法大多是在溝道電阻法的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來，而本文提出了一種新式的二維半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ涂偨Y(jié)MOSFET源/漏電阻。其主要思想是類比導(dǎo)體電阻阻值的計(jì)算公式R=ρL/S，通過理論推導(dǎo)出一種含有三個(gè)參數(shù)的MOSFET源/漏電阻表達(dá)式。本文研究的內(nèi)容如下。
　　首先分析全耗盡SOI MOSFET和平面MOSFET的優(yōu)缺點(diǎn)以

3、及發(fā)展情況，引出本文的建模對象和建模方法，即SOI MOSFET和高k+SiO2柵SOI MOSFET的二維半解析模型以及平面MOSFET源/漏電阻的二維半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?br>　　對于全耗盡SOI MOSFET模型的分析，先總體對器件模型根據(jù)內(nèi)部電場和電荷分布合理分區(qū)。對每個(gè)分區(qū)逐一分析，確立內(nèi)部電勢方程，前柵介質(zhì)層和埋氧化層皆為氧化層，其內(nèi)部沒有自由電荷，滿足Laplace方程;而硅膜層有固定電荷則滿足Poisson方程。確定方程和邊界

4、條件后，對前柵和背柵表面電勢的表達(dá)式采用Fourier變換來展開。最后把各個(gè)區(qū)域的偏微分方程轉(zhuǎn)換成多元一次線性方程組，采用高斯列主元素消去法快速地求出線性方程組的解，即求出了模型方程的解?；诒疚恼撌龅慕７椒ú粌H可以求出模型的前、背柵表面勢，還可以求出它的整體二維電勢圖。將器件模擬二維電勢圖與本文模型中得到的二維電勢圖相比較，結(jié)果誤差較小，說明本文半解析法的結(jié)果比較準(zhǔn)確。為了展示模型所提供的新穎特征，本文還對閾值電壓的影響因素進(jìn)行了研

5、究，包括硅薄膜厚度變化的影響、摻雜的影響、前柵厚度和背柵厚度等的影響。并把本模型和ATLAS工具對比，計(jì)算結(jié)果表明本模型的計(jì)算結(jié)果正確精確，可以預(yù)測SOI MOSFET的性能和參數(shù)。為了驗(yàn)證本模型對短溝道效應(yīng)的改善，本文討論了兩種模型在不同漏源電壓和不同溝道長度的DIBL效應(yīng)。
　　最后以平面源/漏電阻最經(jīng)典的溝道電阻提取法為基礎(chǔ)，通過分析載流子運(yùn)動的途徑和積分中值定理的推導(dǎo)，提出一種含參數(shù)的源/漏電阻表達(dá)式。通過多元線性回歸法化