应变硅器件低场迁移率模型和新结构SGOI器件的性能分析的开题报告

应变硅技术在纳米CMOS中的应用刘国柱;姚飞;王树杰;林丽【摘要】应变硅技术具有迁移率高、能带结构可调的优点，且与传统的体硅工艺相兼容，在CMOS工艺中得到广泛地应用，尤其是MOS件的尺寸进入纳米节点。

文章综述了应变硅技术对载流子迁移率影响的机理，并从全局应变和局部应变两个方面介绍了应变硅在CMOS器件中的应用。

同时，将多种应变硅技术整合在一起提升MOS器件的性能是未来发展的趋势。

%Strained silicon technology, which provided with merits of high mobility, modifiable band-gap, compatible with conventional sub-silicon technics, was widely used in CMOS technics, and especially in the nano-meter node CMOS devices. In this text, the principle of carrier mobility ,which influenced by strain,was Simply summarized, and the application of Global strain and Local strain in the nano CMOS technics was introduced. Meanwhile,multi-strain technics would become the trend of improvement of the nano CMOS devices＇performance in the future.【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2012(012)001【总页数】6页(P31-36)【关键词】应变硅;CMOS;全局应变;局部应变【作者】刘国柱;姚飞;王树杰;林丽【作者单位】中国电子科技集团公司第58研究所,江苏无锡214035;中国电子科技集团公司第58研究所,江苏无锡214035;南通航运职业技术学院船舶与海洋工程系,江苏南通226026;中国电子科技集团公司第58研究所,江苏无锡214035【正文语种】中文【中图分类】TP702随着微纳技术的发展，CMOS工艺已经进入了（超）深亚微米阶段，晶体管的特征尺寸已达纳米级。

单轴应变硅能带结构及载流子迁移率研究单轴应变硅能带结构及载流子迁移率研究引言：近年来，随着半导体技术的飞速发展，人们对新型材料的研究越来越深入。

其中，单轴应变硅是一种具有潜在应用价值的材料。

通过对其能带结构和载流子迁移率的研究，可以更好地理解其电子输运特性和潜在应用领域。

本文旨在探究单轴应变硅的能带结构及载流子迁移率的研究进展，为其应用提供理论依据。

一、单轴应变硅的能带结构研究单轴应变硅是通过在硅晶体上施加单向应变来实现的。

应变会改变硅晶体的晶格常数，从而对其能带结构产生影响。

研究发现，单轴应变硅的电子能带结构可以分为传统硅能带结构和新型能带结构两种。

传统硅能带结构：传统硅晶体的能带结构由导带和价带组成，两者之间被禁带所分隔。

而在单轴应变硅中，由于晶格常数的改变，电子能带结构发生畸变。

一般情况下，在应变方向上，价带和导带能带会产生分裂，形成额外的能带。

这样一来，原本禁带的能量范围被进一步分离，产生所谓的“能隙特异性”。

新型能带结构：在应变方向上，除了传统的分裂能带外，单轴应变硅还可能出现新的能带结构。

这些新型能带一般位于传统能带的高频区，具有更高的能量。

研究发现，这些新的能带结构与应变硅的物理性质和电学特性密切相关，可能是实现其特殊性能的关键。

二、单轴应变硅的载流子迁移率研究载流子迁移率是材料中载流子运动性能的重要指标，对半导体器件的性能起到决定性作用。

研究发现，单轴应变硅的载流子迁移率受到应变和新型能带结构的影响。

应变对载流子迁移率的影响：单轴应变硅晶体在应变方向上会由于晶格剪切而产生应变应力。

应变应力对电子输运提供了额外的能量，促进了载流子的迁移。

通过实验测量，发现在应变硅中，载流子的迁移率较传统硅提高了数倍，这为单轴应变硅在高频电子器件领域的应用提供了潜在的机会。

新型能带结构对载流子迁移率的影响：新型能带结构对载流子迁移率的影响机制较为复杂。

一方面，新型能带的存在可能会引入额外的散射路径，降低载流子迁移率。

单轴应变Si能带结构与nMOS电子迁移率研究单轴应变Si能带结构与nMOS电子迁移率研究引言：近年来，随着纳米技术的发展和集成电路的快速发展，对半导体材料的研究和优化已经成为提高电子器件性能的重要研究方向。

单轴应变技术是一种有效的技术手段，可以通过调控晶格结构改变半导体材料的能带结构，从而提高半导体器件的性能。

本文主要研究了单轴应变Si能带结构对nMOS电子迁移率的影响，以期为半导体器件的进一步优化设计提供参考。

一、单轴应变技术单轴应变技术是一种通过施加外力或改变半导体的生长方向，使半导体材料的晶格产生畸变，从而改变材料的能带结构的方法。

当Si材料受到单轴应变时，在沿应变轴方向受到压缩应变的作用下，晶格常数沿应变轴方向缩小，而在应变轴垂直方向则扩张；在拉伸应变作用下，晶格常数沿应变轴方向扩张，而在应变轴垂直方向则缩小。

单轴应变可以通过晶体生长的选择或外力施加实现。

这种应变会导致能带的畸变，从而影响材料的电子迁移率。

二、单轴应变Si能带结构单轴应变Si能带结构与无应变Si能带结构相比存在一定的差异。

在压缩应变作用下，应变轴方向晶格缩短会导致价带（VB）的垂直轴方向有效质量（m2^**)增加，而导带（CB）的垂直轴方向有效质量（m2^**）减小。

相比之下，在拉伸应变作用下，价带（VB）的垂直轴方向有效质量（m2^**)减小，而导带（CB）的垂直轴方向有效质量（m2^**）增加。

这些能带结构的改变会直接影响电子在材料中的迁移率。

三、nMOS电子迁移率迁移率是指电子在半导体中迁移的速率。

对于nMOS器件，电子迁移率（μn）对器件的性能具有重要影响。

通过研究发现，压缩应变作用下，单轴应变Si的电子迁移率明显增加，而拉伸应变作用下，电子迁移率明显降低。

这是由于压缩应变作用使得CB垂直轴方向的有效质量减小，降低了电子的散射概率，从而提高了电子迁移率。

相反，拉伸应变作用使得CB垂直轴方向有效质量增加，增大了电子的散射概率，从而降低了电子迁移率。

基于Spice的应变Si/SiGe MOS器件模型研究的开题报告一、选题背景在微电子行业中，Si/SiGe MOS器件因其具有良好的热噪声和线性性能等重要特性而备受瞩目。

然而，在设计Si/SiGe MOS器件时，模型的准确性对于确保性能的稳定性和可靠性而言至关重要。

因此，基于Spice 的Si/SiGe MOS器件模型已成为一种广泛应用的研究方法。

二、研究目的本研究旨在基于Spice的方法，开发高质量的Si/SiGe MOS器件模型，以便评估不同参数对器件性能的影响，并提高器件的设计和实现效率。

三、研究内容具体研究内容包括：1. 对常见的Si/SiGe MOS器件结构进行建模，包括MOSFET、MOSCAP等。

2. 开发Si/SiGe MOS器件模型，包括I-V特性、C-V特性、噪声特性和温度特性等。

3. 验证模型的准确性和可靠性，通过实验进行验证。

4. 利用已开发的Si/SiGe MOS器件模型研究器件性能的影响因素，包括材料参数、器件尺寸和温度等等。

四、研究方法本研究将采用基于Spice的方法，开发Si/SiGe MOS器件模型，并分析该模型与实际器件的相关性。

我们将使用以Silvaco TCAD为基础的仿真技术，通过建立准确的物理模型来研究Si/SiGe MOS器件的各种特性。

五、预期结果预计本研究将开发出一种高质量的Si/SiGe MOS器件模型，并对Si/SiGe MOS器件性能的理解提供更全面的视野。

具体成果如下：1. 开发并验证Si/SiGe MOS器件模型的准确性和可靠性。

2. 确定Si/SiGe MOS器件性能的影响因素，并提供优化建议。

3. 加深对Si/SiGe MOS器件在微电子行业中的应用和发展的理解。

六、结论基于Spice的方法提供了一种可靠的研究Si/SiGe MOS器件的手段。

在本研究中，我们将开发高质量的Si/SiGe MOS器件模型，并研究Si/SiGe MOS器件的各种特性，以提高其性能和应用。

基于模型预测控制的硅单晶体提拉效果仿真研究的开题报告一、研究背景与意义单晶硅的制备是半导体工业中最重要的生产过程之一，提拉工艺是制备单晶硅的核心环节。

提拉过程中涉及到热力学、流体力学、力学等多个学科，是一个复杂的系统。

传统的提拉过程缺乏有效的控制手段，容易导致质量不达标、成本高等问题。

因此，发展一种更加高效、准确的提拉控制方法十分必要。

模型预测控制作为一种先进的控制方法，能够充分利用过程模型对过程进行控制，避免传统的PID控制参数调整复杂、鲁棒性差等问题。

其在制造业中有着广泛的应用前景。

本文将基于模型预测控制方法，对硅单晶体提拉效果进行仿真研究，预期能够为提升提拉过程控制精度、降低成本、提高产品质量等方面提供有益的指导。

二、研究内容和研究方法本研究将采用建立数学模型的方法对硅单晶体提拉过程进行建模，并使用模型预测控制方法进行仿真研究。

研究内容包括以下几个方面：1. 硅单晶体提拉过程数学模型的建立：建立包括热力学、流体力学、力学等多个方面的硅单晶提拉过程模型，模型将用于后续的仿真研究。

2. 模型预测控制方法的理论分析：对模型预测控制方法进行理论分析，介绍其基本原理、应用场景、控制过程等内容。

3. 硅单晶体提拉效果仿真研究：基于上述模型和模型预测控制方法，对硅单晶体提拉过程进行仿真研究，分析模型预测控制的效果，探究提高控制精度的方法。

4. 实验验证：进行硅单晶体提拉过程的实验，验证理论模型的有效性与可靠性。

五、研究进度计划初步的研究计划如下：第一年：1. 搜集有关硅单晶体提拉过程的研究资料，学习模型预测控制的基本原理和过程。

2. 建立硅单晶体提拉过程数学模型，并进行初步的仿真研究分析。

第二年：1. 对模型预测控制方法进行进一步的理论分析，深入了解其基本原理和应用场景。

2. 在前期建立的模型基础上，开展模型预测控制的仿真研究，分析控制策略对提拉效果的影响。

第三年：1. 设计硅单晶体提拉过程的实验方案，并进行实验验证，获取实验数据。

应变硅CMOS器件的自热效应与热载流子效应的开题报告一、选题背景与意义：随着科技的不断发展，人们越来越需要高精度、高性能、高灵敏度的传感器来满足不同的应用需求。

而应变硅CMOS器件作为一种基于CMOS工艺的微电子器件，具有在普通集成电路上集成传感元件和信号处理电路的优势，成为传感器设计中的重要一部分。

然而，在应变硅CMOS器件的实际应用过程中，由于器件的工作环境和应力状况的不同，会产生自热效应和热载流子效应，进而影响其传感性能和长期稳定性，因此需要对其进行深入的研究。

二、研究内容：本次开题报告旨在研究应变硅CMOS器件的自热效应和热载流子效应，主要包括以下内容：1. 应变硅CMOS器件的基本原理和制备工艺分析。

2. 自热效应和热载流子效应的物理机制和热学分析。

3. 对不同应变硅CMOS器件的自热效应和热载流子效应进行仿真分析。

4. 对实验测得的数据进行分析和处理。

5. 提出相应的解决方案和改善方法。

三、研究方法：本次研究将采用计算机仿真和实验相结合的方法，其中计算机仿真将采用Silvaco TCAD软件对应变硅CMOS器件进行模拟，得到自热效应和热载流子效应的相关参数和数据，实验将通过对已制作好的应变硅CMOS器件进行测试，得到器件的关键参数和性能数据。

四、预期成果：通过以上研究方法，预期获得以下成果：1. 对应变硅CMOS器件的自热效应和热载流子效应的物理机制和热学分析。

2. 对自热效应和热载流子效应的影响因素和影响程度的分析。

3. 对应变硅CMOS器件的长期稳定性和传感性能的影响分析。

4. 提出相应的解决方案和改善方法，为后续的应变硅CMOS传感器的研发提供参考。

五、研究进度：第一阶段：文献综述和基础理论研究（已完成）第二阶段：计算机仿真和实验方案设计（进行中）第三阶段：实验数据的收集和分析第四阶段：结果比对和成果总结注：以上进度仅供参考，实际进度会因各种原因有所变动。

六、研究难点：1.应变硅CMOS器件的制备工艺和器件参数的控制较为复杂。

应变Si载流子迁移率研究应变Si载流子迁移率研究摘要：载流子迁移率是衡量材料导电性能的重要指标，对于应变Si材料的研究尤为重要。

本文通过实验研究和理论分析，探讨了应变对Si材料载流子迁移率的影响。

结果表明，应变可以显著改变Si材料的载流子迁移率，进而影响其电学性能。

这一研究对于应变Si材料的应用具有重要的指导意义。

关键词：应变，Si材料，载流子迁移率，电学性能引言载流子迁移率是评价材料导电性能的一个重要参数，对于半导体材料而言尤为关键。

而在半导体工业中，Si材料作为最常用的材料之一，其载流子迁移率的研究变得尤为重要。

近年来，发展了一种新技术，即应变技术，可以通过施加外力在材料上引入应变，从而改变材料的物理特性。

在此背景下，本文旨在探讨应变对Si材料载流子迁移率的影响，以期为应变Si材料的应用提供一定的理论依据和实验指导。

实验方法本实验采用了压电陶瓷片施加外力的方式，为晶体管材料引入应变。

实验中分别施加了不同方向和不同大小的应变，记录了Si材料在不同应变下的载流子迁移率。

实验过程中，我们采用了常规的电学性能测试方法，包括电导率测试和霍尔效应测试。

同时，利用X射线衍射仪对Si晶体结构进行了分析，并测量了材料表面的应变。

实验结果与分析实验结果表明，在正向应变下，Si材料的载流子迁移率随应变大小的增加而增加；而在负向应变下，载流子迁移率随应变大小的增加而减小。

这表明应变对于Si材料的载流子迁移率具有显著的影响。

进一步的实验分析发现，当施加正向应变时，Si材料中晶格结构的压缩会导致载流子迁移率的增加，因为晶格的压缩会使得材料中的载流子散射减小。

而当施加负向应变时，晶格的拉伸会导致载流子迁移率的减小，因为晶格的拉伸会增加载流子的散射。

理论分析进一步证实了实验结果。

通过基于弹性力学理论的计算模拟，我们发现正应变下晶格的压缩会导致载流子的有效质量减小，从而增加了载流子迁移率。

而负应变下晶格的拉伸会导致载流子的有效质量增加，从而减小了载流子迁移率。

Si基应变材料能带结构研究的开题报告尊敬的评委老师：您好！本人即将开展一项关于Si基应变材料能带结构研究的科研工作，拟向您汇报开题报告，并恳请指导。

1. 研究背景和意义随着电子信息技术的不断发展，要求晶体管器件的集成度越来越高，而各型晶体管所必需的微线宽、更高频率、更高工作电压等要求也越来越高，因此制备新型半导体器件材料已成为科学技术发展的主要方向之一。

与此同步，Si基应变材料逐渐成为研究热点。

应变能有效地改变纯Si的电学和光学特性，使得Si基应变材料能够解决现有硅基技术存在的瓶颈问题，为下一代电子器件的发展开辟了新的途径。

Si基应变材料的能带结构是影响其性质的关键因素之一，研究其能带结构有助于了解其电学、光学性能，并为未来的器件设计提供指导。

2. 研究内容和方法本研究拟通过理论计算方法，从第一性原理出发，探索Si基应变材料的能带结构，并研究其与宏观机械应变、纳米结构、缺陷和其他杂质之间的相互作用。

具体的，我们将采用密度泛函理论(DFT)、超软赝势和平面波方法构建材料的能带结构模型，并通过VASP程序对其进行计算，探索压缩应变、剪切应变下的电子性质变化规律；同时，我们还将采用有限元分析方法，研究纳米结构下应变材料性能的变化规律。

此外，我们还将探究不同缺陷和杂质对材料能带结构的影响，并结合实验数据进行比对。

3. 预期结果本研究的预期结果有以下几个方面：(1) 系统研究Si基应变材料的能带结构，并探究其与宏观机械应变、纳米结构、缺陷和其他杂质之间的相互作用；(2) 揭示应变材料的电学、光学性质的导致机制，为材料的物理性质研究提供一定的理论支持；(3) 为Si基应变材料在电子器件中的应用提供更多的指导。

4. 可行性分析传统的实验手段针对应变材料通常需要大量能量并且具有高度的危险性，而相比之下本研究所采用的第一性原理计算方法较为经济、安全，同时准确率也很高。

目前，密度泛函理论和有限元分析方法已经被广泛应用于材料的理论计算和性质分析中，具备充分可行性，因此本研究的可行性和可靠性较高。