二维短沟道MOSFET阈值电压分析模型

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深结短沟道MOS晶体管准二维阈值电压模型

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｅｗａｎａｌｙｔｉｃａｌｑｕａｓｉ一２ＤｓｕｒｆａｃｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｍｏｄｅｌｆｏｒｓｈｏｒｔｃｈａｎｎｅｌＭＯＳＦＥＴｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｂｅｉｎｇｄｉｆｆｅｒｆｒｏｍｔｈｅｃｌａｓｓｉｃｍｏｄｅｌ，ｉｎｔｈｉｓｍｏｄｅｌｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｓｏｕｒｃｅ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＡｎｈｕｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｅｆｅｉ，２３０６０１，ＣＨＮ）
ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｆｏｒｔｈｅｃｈａｎｎｅｌｄｅｐｌｅｔｉｏｎｌａｙｅｒｉｓｄｅｒｉｖｅｄｂｙａｐ — ｐｌｙｉｎｇＧａｕｓｓＳｌａｗ．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｐｏｔｅｎｔｉａｌａｎｄｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｔｈｅｃｈａｎ — ｎｅｌｄｅｐｌｅｔｉｏｎｌａｙｅｒｃａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｓｏｌｖｉｎｇｔｈｅｅｑｕａｔｉｏｎ，ａｎｄａｎｅｗｑｕａｓｉ一２Ｄｔｈｒｅｓｈｏｌｄｖｏｌｔａｇｅ

MOSFET短沟道效应的新二维模型的开题报告

MOSFET短沟道效应的新二维模型的开题报告
开题报告：
1.研究背景与意义
MOSFET是一种广泛应用于集成电路中的场效应管。

短沟道MOSFET因其速度快，面积小，功耗低等优势，在现代集成电路中得到了广泛的应用。

同时随着半导体工艺技术的发展，器件尺寸越来越小，短通道效应日益严重，导致传统的器件模型失去了适用性，需要开发新的模型来解决这个问题。

2.研究内容
本研究旨在构建一种新的二维模型来描述短沟道MOSFET的行为特性。

具体研究内容包括：
（1）短沟道效应下的量子效应的影响分析
（2）二维模型的构建，包括流场和能带的模拟
（3）模型的验证和参数拟合
3.研究步骤
（1）分析短沟道MOSFET的特点和常见的模型
（2）研究量子效应对短沟道MOSFET特性的影响
（3）设计二维模型，包括模型的方程和参数
（4）使用数值模拟工具验证和优化模型
（5）在实验中验证模型的正确性
4.研究成果
（1）建立一个新的二维模型来描述短沟道MOSFET的行为特性
（2）提供了一种新的描述短沟道效应下量子效应影响的方法
（3）为短沟道MOSFET的设计和优化提供了理论基础和实验指导
5.研究意义
本研究将有助于更深入地了解短沟道MOSFET的行为特性，并提供新的模型来描述短沟道效应下量子效应的影响。

同时，本研究的成果将有助于优化现有的短沟道MOSFET的设计，并加速新型器件的研发和应用。

6.研究限制
本研究的主要限制在于需要进行大量的理论分析和数值模拟，同时还需要大量的实验数据验证模型的正确性。

另外，短沟道MOSFET的设计和制备过程较为复杂，需要有一定的专业知识储备和实验基础。

亚阈值状态下MOSFET二维双区和单区静电势模型的比较

亚阈值状态下MOSFET二维双区和单区静电势模型的比较张满红;袁至衡【摘要】定义一个平均误差,该误差可以估算求解MOSFETs二维双区和单区静电势模型电势分布所用源漏端边界条件的偏差情况.首先根据长沟道模型近似确定衬底耗尽层厚度,通过平均误差计算发现双区模型最大源漏偏差远小于0.06 V,而单区模型相应的源漏偏差大于0.1 V.当器件沟道长度为亚微米级时,利用电压掺杂转换模型的耗尽层厚度计算方法对两种模型做出校正,双区电势模型在校正后的源漏条件偏差有明显的减小,单区模型的源漏偏差却会增大,尤其在短沟道以及衬底高掺杂浓度时误差较大.结果表明,双区静电势模型更为精准.%An average error is defined to estimate the deviation of the source (S) and drain (D) boundary conditions to solve the potential distribution of the two-dimensional single-region and dual-region electrostatic models of MOSFETs. The thick-ness of the substrate depletion layer is determined approximately according to the long channel model. The average error is calcu-lated to find out that the maximum S-D deviation of the dual-region model is far lower than 0.06 V,and the corresponding S-D deviation of the single-region model is higher than 0.1 V. If the channel length of the device belongs to submicron order,the de-pletion layer thickness calculation method of the voltage-doping transformation model is used to correct the two models. The cor-rected S-D condition deviation of the dual-region electrostatic potential model is decreased obviously,but the corrected S-D con-dition deviation of the single-region electrostatic potential model is increased,especially for the short channel and the substrate with highdoping density. The results indicate that the dual-region electrostatic potential model is more accurate than the single-region electrostatic potential model.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2017(040)010【总页数】6页(P128-132,137)【关键词】单区模型;双区模型;特征函数;边界条件;平均误差【作者】张满红;袁至衡【作者单位】华北电力大学现代电子科学研究所,北京 102206;华北电力大学现代电子科学研究所,北京 102206【正文语种】中文【中图分类】TN917.83-34;TN4;TN32随着微电子学的飞速发展，金属-氧化物半导体场效应管（MOSFET）的特征尺寸不断减小，短沟道效应（SCE）、漏致势垒降低（DIBL）效应等次级物理效应对器件性能的影响越来越严重[1-2]。

双栅肖特基源漏MOSFET的阈值电压模型(英文)

双栅肖特基源漏MOSFET的阈值电压模型(英文)
徐博卷;杜刚;夏志良;曾朗;韩汝琦;刘晓彦
【期刊名称】《半导体学报：英文版》
【年(卷),期】2007(28)8
【摘要】通过求解泊松方程得到了双栅肖特基势垒MOSFET的解析模型.这个解析模型包括整个沟道的准二维电势分布和适用于短沟双栅肖特基势垒MOSFET的阈值电压模型.数值模拟器ISE DESSIS验证了模型结果.
【总页数】5页(P1179-1183)
【关键词】双栅;肖特基势垒;阈值电压
【作者】徐博卷;杜刚;夏志良;曾朗;韩汝琦;刘晓彦
【作者单位】北京大学微电子学研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TN386.1
【相关文献】
1.高k栅介质SOI应变硅肖特基源漏MOSFET漏致势垒降低效应研究 [J], 许立军;张鹤鸣;杨晋勇
2.SiC肖特基源漏MOSFET的阈值电压 [J], 汤晓燕;张义门;张玉明
3.高k栅介质对肖特基源漏超薄体SOI MOSFET性能的影响 [J], 栾苏珍;刘红侠;贾仁需;蔡乃琼;王瑾
4.基于阈值电压的环栅肖特基势垒NMOSFET漏源电流模型 [J], 沈师泽; 许立军
5.考虑量子效应的超薄体双栅肖特基源漏MOSFET电流解析模型(英文) [J], 栾苏珍;刘红侠;贾仁需;蔡乃琼;王瑾;匡潜玮
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基于二维材料mosfet的工作原理

基于二维材料MOSFET的工作原理一、半导体材料在基于二维材料的MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）中，半导体材料是实现电子传输和控制的关键组成部分。

二维材料具有独特的层状结构，常见的二维材料包括石墨烯、过渡金属二硫族化合物（TMDs）等。

这些材料具有高电子迁移率、低噪声和优异的光电性能，使得二维材料在MOSFET中具有广泛的应用前景。

二、栅极调控在MOSFET中，栅极是用于控制沟道中电子流动的关键部分。

通过施加电压，栅极可以改变沟道中电子的浓度，从而控制源极和漏极之间的电流。

在二维材料MOSFET中，栅极调控机制与传统硅基MOSFET有所不同。

由于二维材料的薄层结构和低维度效应，栅极调控的机制变得更加复杂。

此外，二维材料的本征电导率较低，因此需要特殊的栅极结构设计以实现有效的电场调控。

三、源极和漏极源极和漏极是MOSFET中的输入和输出端口，分别用于引入和导出电流。

在二维材料MOSFET中，源极和漏极通常由金属材料构成，它们与二维半导体材料形成欧姆接触，从而实现电流的传输。

为了提高器件性能，需要优化源极和漏极的材料选择和结构设计，以降低接触电阻、提高电流输运效率。

四、电流传输在二维材料MOSFET中，电流传输主要发生在源极、通道和漏极之间。

由于二维材料的低维特性，电子在通道中的传输受到散射机制的显著影响。

电子通过跳跃的方式传递，这导致了较低的迁移率和较短的通道长度。

为了实现高效的电流传输，需要优化二维材料的掺杂和层间耦合，以提高电子迁移率和通道输运性能。

五、阈值电压阈值电压是指在MOSFET开启之前所需的最低栅极电压。

当栅极电压超过阈值时，沟道形成，电流开始流动。

在二维材料MOSFET中，阈值电压受到材料特性、栅极氧化物质量和掺杂浓度等因素的影响。

与传统的硅基MOSFET相比，由于二维材料的电子结构和物理性质独特，其阈值电压行为表现出一定的差异。

为了实现精确的阈值控制，需要深入理解二维材料的物理性质和器件工作机制，以优化MOSFET的性能和可靠性。

半导体基础 7.3 短沟道效应-MOSFET

⇒ Idsat = −WvsatQi ( y = L)(v = vsat )
（5）过饱和速度
在高场或陡峭的空间电势变化时，载流子不再与硅的晶格处在热平衡状态，从而超过过饱和速度：热载流子
南京大大学
电子子科学与工工程学院
半导体器件基础
南京大大学
电子子科学与工工程学院
4/22/14
3。沟道长度调制
半导体器件基础
1
ρch
≡ Rch
L
=
µ' eff
ε
ox
/
tox
(Vg
≈ − Von − mVds / 2) µ ε E eff ox ox
南京大大学
2000 Ω/□ - n MOSFET 7000 Ω/□ - pMOSFET
电子子科学与工工程学院
半导体器件基础
南京南大大京学大大学
电子子科学与工工程学院
9
半导体器件基础
南京大大学
电子子科学与工工程学院
剖面示意图
南京大大学
电子子科学与工工程学院
10
半导体器件基础
HFET垂直于源方向的能带图
/ L)[(Vg − Vt )Vds − (m / 2)Vd2s ] 1 + µ( V eff ds / vsat L)
电子子科学与工工程学院
半导体器件基础
南京大大学
电子子科学与工工程学院
6
半导体器件基础
（4）速度饱和时的夹断点
漏端横向电场达到很大，类似与长沟道中的情形，
载流子不在限制在表面沟道层中。
饱和电流继续增加的两个原因：短沟道效应与沟道长度调制
（1）饱和点以上的漏电流：饱和点向源端移动，饱和点与源端之间一维近似仍然成立。

沟道电导与阈值电压资料课件

在半导体器件中，MOSFET是一种广泛应用的开关器件，具有高速度、高输入阻抗、低功耗等优点。
目的与意义
研究沟道电导与阈值电压的关系
通过研究沟道电导与阈值电压的关系，可以更好地理解MOSFET的工作原理和性能特点。
提高MOSFET的性能
通过对沟道电导与阈值电压的研究，可以优化MOSFET的设计，提高其性能和可靠性，为半导体产业的发展做出贡献。
应用领域
这种优化在通信、航空航天、医疗等多个领域均有广泛应用。
电子器件性能优化的潜力与挑战
潜力
随着技术的不断发展，沟道电导和阈值电压的可调性越来越高，为电子器件的性能优化提供了更多可能性。
挑战
这种优化也带来了一些新的挑战，如如何保持器件性能的稳定性和如何降低能耗等。
相关研究进展与趋势
研究进展
近年来，关于沟道电导和阈值电压的研究不断深入，新的理论和实验方法不断涌现。
其变化规律。
03
通过实验结果可以验证理论分析的正确性，并为实际应用提供参考依
据。
05
沟道电导与阈值电压的应用
集成电路设计中的影响与应用
集成电路设计
沟道电导和阈值电压对集成电路设计具有重要影响。它们是决定晶体管性能的关键参数，直接关系到晶体管的开关速度、能耗和可靠性。
性能优化
通过调整沟道电导和阈值电压，可以优化晶体管的性能，提高集成电路的整体效能。
通过实验数据拟合，得到了沟道电导与阈值电压之间的数学表达式，为进一步研究提供了理论依据。
实验结果表明，沟道电导与阈值电压的关系受多种因素影响，如温度、湿度、材料等。
未来研究方向展望
深入研究沟道电导与阈值电压之间的相互作用机制，探索更精确的数学模型和实验方法。

二维短沟道 MOSFET 阈值电压分析模型

提出的边界条件有本质的区别 , 文献
式中 , 参数 a0 、 a1 和 a2 是给定 Q S 下的扩展系数 , 对于不同的 Q S , 它们的取值也会不同 , 并且与
MOS 晶体管的技术参数和温度无关。表 1 给出
Semiconductor Technology Vol . 34 No. 3 255
图3 不同的氧化层厚度下阈值电压随沟道长度的变化 Fig13 V T2V FB as function of tox
( 17)
方程 (17) 可以使用条件5Ψ ( xm , 0) / 5 x = 0 得到 , 只含有未知数 xm ,其他参数都是已知的表达式[17 ] 。解出 x m 的值后 , 将各个参数带入式 ( 17) 可得出阈值电压表达式。
器件制造与应用
Manufacturing and Application of Device
二维短沟道 MO SFET 阈值电压分析模型
李海霞 , 毛凌锋
( 苏州大学电子信息学院 , 江苏苏州 215021 )
摘要 : 随着器件尺寸的进一步减小 , 由量子效应导致的能带分裂对 MOSFET 中阈值电压特性的影响变得越来越重要。提出了一个包含量子效应 ( QME) 的短沟道金属氧化物场效应晶体管
∞
Ψ ( x , y) = ∑
n=0
Ψp = K= qN a
Ky ( 2 d - y )
2
-
ε Kdt ox Si ε ox
+ V gm
( 8)
图1 考虑 QM 效应的表面势和经典表面势示意图 Fig11 Definition of the surface potential with or without considering the QM effects

考虑结深的超短沟道MOSFET二维半解析模型的开题报告

考虑结深的超短沟道MOSFET二维半解析模型的开题报告题目：考虑结深的超短沟道MOSFET二维半解析模型开发一、研究背景随着微电子制造技术的不断发展和半导体器件的不断升级，需要开发更加复杂的计算模型来更好地研究器件的性能和特性。

超短沟道MOSFET由于其非常紧凑的结构和优越的性能，成为目前半导体行业中发展最为迅速的一个领域。

但是，由于器件的结构特殊，传统的模型已经无法完全描述其性能。

因此，开发结深的超短沟道MOSFET二维半解析模型，可以更加准确地研究器件的性能和特性，为超短沟道MOSFET的应用开发提供有力保证。

二、研究目的本研究旨在开发结深的超短沟道MOSFET二维半解析模型，研究器件的性能和特性，在此基础上，进一步分析器件制造的相关因素对其性能的影响，为超短沟道MOSFET的应用开发提供有力保证。

三、研究内容1. 建立结深的超短沟道MOSFET的二维半解析模型：通过对器件的物理特性进行分析，建立器件的二维半解析模型，考虑结深因素对器件性能的影响。

2. 分析器件性能和特性：通过模型的求解，得到器件的电学参数，如开关速度、开关电容、亚阈值摆幅等参数。

比较模拟和实验结果，分析模型的精度和适用性。

3. 研究制造因素对器件性能的影响：通过对制造参数的变化，如沟道长度、氧化层厚度等参数的优化等，探究不同制造条件下器件性能的变化，为器件的性能优化提供理论指导。

4. 论文撰写和报告：根据研究成果，撰写论文和报告并提交。

四、研究意义本研究通过建立新的二维半解析模型，系统地探究了结深因素对超短沟道MOSFET性能的影响，深入研究超短沟道MOSFET的物理特性和结构，为其应用开发提供了理论指导。

研究成果对于推动半导体器件的发展和微电子技术的进一步研究有着重要的实际意义和应用价值。

五、研究方法本研究采用实验、数值模拟等多种手段，建立结深的超短沟道MOSFET的二维半解析模型。

在此基础上，对器件的性能和特性进行分析和优化。

SiGe沟道pMOSFET阈值电压模型

ｎｌｅｇｈｌｓｈｎ２０ｎｅｎｔｅｓｔａ０ｍ．ＣＥｎＢＩａｅｉｎｒｂｅｗｈｌｃａｎｌｌｎｔｓｍｏｅｔａｌＳａｄＤＩｍｙｂｇｏａｌｉｈｎｅｅｇｈｉｅｒｈｎ
沟道，制造高迁移率ＳＧｉｅ沟道ｐＭＯＳＥ的理想材ＦＴ
引
言
料一。目前对高迁移率ＳＧｅ道ｐｉ沟ＭＯＳＥ的实验ＦＴ
研究较多。但有关器件模型的研究较少，特别是有关
（ＳｃｏｌｏＥｌｃｒｍａｈｎｈｏｆｅｔｏｃｉｅ＆ＡｒｈｔｃｕｅＥｎｎｅｉｇ，ｉｎｈｎＵｎｖｒｉＷｕａ４０５ＣＨＮ）ｃｉｔｒｇｉｅｒｎＪａｇａｉｅｓｙ，ｈｎ。３０６，ｅｔ
Ａｂｔａｔｓｒｃ：ＡｎａａｙｉａｄｌｎｔｒｓｏｄｖｌｇｆＳＧｅｃａｎｌｐＯＳＴｓｄｖｌｐｄｎｌｔｃｌｍｏｅｈｅｈｌｏｔｅｏｉｈｎｅＭｏａＦＥｉｅｅｏｅｂｏｖｎｏｓｏＳｅｕｔｏ．ｈｒｈｎｅｅｆｃ（ＣＥ）ａｄｄａｎｉｄｃｄｂｒｉｒｌｗｅ（ＢｙｓｌｉｇＰｉｓｎ’ ｑａｉｎＳｏｔｃａｎｌｆｅｔＳｎｒｉｎｕｅａｒｅｏｒＤＩＬ）
ａｅｔｋｎｉｔｃｏｎｎｔｅｍｏｅ．ｉｕａｅｅｕｔｈｗａｉｆｃｏｙａｒｅｅｔｗｉｘｅｉｒａｅｎｏａｃｕｔｉｈｄ１Ｓｍｌｔｄｒｓｌｓｏｓｔａｔｒｇｅｍｎｔｅｐｒ— ｓｓｈｍｅｔｄｔ．ｉｕａｅｅｕｔｌｏｓｏ：ｈｎｅｅｇｈ，ｏｔｎ。ｕｓｒｔｏｉｇｃｎｅｔａｎａａＳｍｌｔｄｒｓｌｓａｓｈｗｃａｎｌｌｎｔＧｅｃｎｅｔｓｂｔａｅｄｐｎｏｃｎｒ — ｔｏｃｐｌｙｒｔｉｋｅｓａｄｇｔｘｄｈｃｎｓｆｅｔｔｒｓｏｄｖｌａｅｉｔｎｉｅｙｗｈｌｈｎｉｎ，ａａｅｈｃｎｓｎａｅｏｉｅｔｉｋｅｓａｆｃｈｅｈｌｏｔｇｎｅｓｖｌｉｃａ — ｅ

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B I J in shun HA I Chaohe
( Institu te of M icroelectron ics of C h inese A cad em y and S ciences, B eij ing , 100029, CH N )
Abstract: T he tem p era tu re dep endence of the th resho ld vo ltage of dynam ic th resho ld nM O S2
F ig. 1 Schem a tic of (a) comm on nM O SFET s and (b)
dynam ic th resho ld nM O SFET s
其中 <F 为费米势, V FB 为平带电压, Cox 为栅氧电容, ΕSi为硅的介电常数, q 为电子电荷, N A 为沟道掺杂浓度。忽略栅氧中电荷密度的影响, 并且假设采用N + 多晶硅栅, 则
(中国科学院微电子研究所, 北京, 100029) 2007204206 收稿, 2007208210 收改稿
摘要: 对动态阈值 nM O SFET 阈值电压随温度退化特性进行了一阶近似推导和分析。动态阈值 nM O SFET 较之普通 nM O SFET , 降低了阈值电压温度特性对温度、沟道掺杂浓度及栅氧厚度等因素的敏感程度。讨论了动态阈值nM O SFET 优秀阈值电压温度特性的内在机理。动态阈值nM O SFET 优秀的阈值电压随温度退化特性使之非常适合工作于高温恶劣环境。
EEACC: 2560
1 前言
倍[4 ]。动态阈值场效应晶体管有着出色的器件特性,
如低静态电流、高驱动能力、优秀的亚阈值特性、抗
阈值电压随温度退化是场效应晶体管的一项重要参数。随着芯片工作温度的升高, 场效应晶体管阈值电压降低, 从而增加了器件的静态电流和静态功耗, 反过来又进一步提高了芯片的温度[123]。芯片工作时的温度与芯片可靠性之间有着密切的关系。温度的升高, 将引发一系列故障机制, 如硅片连线故障和封装故障等等, 都会导致器件可靠性下降。据统计, 大约温度每升高10°C, 器件的故障率就要提高 2
V FB = -
EG 2
-
<F
(2)
<F =
KT q
ln
NA nI
(3)
其中 E G 为硅的禁带宽度, K 为玻尔兹曼常数, T 为
热力学温度, n I 为硅中本征载流子浓度。本征载流子
浓度 n I 与温度的关系由下式给出:
3
n I= 319×1016T 2 exp
-
EG 2K T
(un it: cm - 3)
假设普通nM O SFET 和动态阈值nM O SFET 沟道区域均匀掺杂。图 3 比较了普通 nM O SFET 和动态阈值 nM O SFET 在沟道掺杂浓度为 1×1017、3× 1017 和 5 × 1017 cm 3 下, dV TH dT 与温度之间的关系, 其中栅氧厚度均为10 nm。图4 从另外一个角度, 比较了普通nM O SFET 和动态阈值nM O SFET 在栅氧厚度为 10 nm、20 nm 和 30 nm 时, dV TH dT 与温度之间的关系, 其中沟道掺杂浓度均为 2 × 1017 cm 3。由图3 和图4 均可以很明显地看出, 随着温度的升高, 普通 nM O SFET 和动态阈值 nM O SFET 阈值电压退化加重, 表现为 dV TH dT 的绝对值随温度的增加而增加。但是普通nM O SFET 阈值电压随温度退化较之动态阈值 nM O SFET 要严重得多, 表现为前者 dV TH dT 的绝对值以及其与温度之间的关系直线斜率大于后者。在图3 中, 随着沟道掺杂浓度的增加, 普通 nM O SFET 阈值电压随温度增加退化加重; 而动态阈值nM O SFET 基本没有受到影响, 在三种沟道掺杂浓度下, 阈值电压退化特性基本重合。按
短沟道效应和漏致势垒降低等, 非常适合于低压、低功耗、高速集成电路应用领域[529]。然而关于动态阈值场效应晶体管阈值电压随温度退化特性的研究几乎处于空白。本文以nM O SFET 为例, 采用一阶近似推导, 对比研究了动态阈值场效应晶体管和普通场效应晶体管的阈值电压随温度退化特性。为了验证文中的理论推导, 制备了基于 SO I 衬底的 8 Λm 018 Λm 的普通nM O SFET 和动态阈值nM O SFET , 并进
4 期
毕津顺等: 动态阈值 nM O SFET 阈值电压随温度退化特性
477
dV TF dT
=
d<F dT
1+
1-
2V FBC ox 2
-
1 2
ΕSiqN A
(un it: mV K)
(10)
3 结果分析
通过计算普通nM O SFET 阈值电压的温度退化特性 (5) 式和动态阈值 nM O SFET 阈值电压的温度退化特性 (10) 式, 可以对二者进行比较。需要注意的是, 二者的阈值电压随着温度的升高均有所降低, 即阈值电压对温度的一阶导数为负值。
=
d<F dT
1+
q Cox
ΕSiN A
K T ln
NA nI
(un it: mV K)
(5)
d<F dT
=
8163 × 10- 5
ln (N A ) - 3812 -
3 2
[1
+
ln (T ) ]
(un it: mV K)
(6)
根据参考文献[ 5 ], 当存在体偏置时, 阈值电压
2 理论推导
图1 (a) 为普通nM O SFET 示意图, (b) 为动态阈值 nM O SFET 示意图。根据参考文献 [ 2 ], 普通 nM O SFET 阈值电压
V T = 2<F + V FB +
2ΕSiqN A (2<F )
Cox
(1)
图 1 (a) 普通 nM O SFET 示意图; (b ) 动态阈值 nM O S2 FET 示意图
关键词: 温度退化特性; 动态阈值; n 型场效应晶体管中图分类号: TN 386 文献标识码: A 文章编号: 100023819 (2008) 042475204
D egrada tion of Threshold Voltage in D ynam ic Threshold nMO SFETs w ith Tem pera ture
sp ectively
照等比例缩小原则, 随着器件尺寸的不断缩小, 应当增加器件沟道掺杂浓度。从上面图示可以看出, 加大沟道掺杂浓度将会大大增加普通nM O SFET 阈值电压随温度的退化量, 而对于动态阈值 nM O SFET 而言, 则影响很小。在图4 中, 随着栅氧厚度的减小, 普通nM O SFET 和动态阈值nM O SFET 阈值电压随温度退化均有所减轻, 但是较之动态阈值 nM O SFET , 普通nM O SFET 阈值电压随温度退化受栅氧厚度影响更明显。按照等比例缩小原则, 当器件沟道长度缩小时, 栅氧厚度应按相同比例减小, 从而改善了动态阈值nM O SFET 和普通nM O SFET 阈值电压随温度退化的特性。
FET s is m odeled and ana lyzed. T he th resho ld vo ltage in comm on nM O SFET s show s g rea ter de2
p endence on tem p era tu re, channel dop ing concen t ra t ion and ga te ox ide th ickness than tha t in dy2
FET s w ith excellen t p erfo rm ance w ill find a p lace in the app lica t ion s of h igh tem p era tu re field.
Key words: tem pera ture dependence; dynam ic threshold; nMO SFETs
nam ic th resho ld nM O SFET s. T he m echan ism of sm a ller th resho ld vo ltage deg rada t ion w ith tem 2
p era tu re in dynam ic th resho ld nM O SFET s is d iscu ssed. T he dynam ic th resho ld vo ltage M O S2
工作在亚阈值区; 当V GS> = V TF 时, 器件开启。因此
将V TF 定义为动态阈值nM O SFET 的阈值电压。从图
2 看到V TF < V T0, 从而得到较小的阈值电压。但是值
得说明的是, 获得这个较小的阈值电压并没有以增
大静态电流为代价。将V GS= V BS= V TF 带入 (7) 式, 可
(4)
由上面的式 (1)～ (4) , 可以推导出普通 nM O S2
FET 阈值电压的温度特性。为了简单起见, 认为 E G
和温度无关 (实际上, 20～ 250 °C 范围 E G 的变化只
有013% )。普通nM O SFET 阈值电压的温度特性可
通过对 (1) 式求导获得:
dV T dT
态阈值 nM O SFET 的工作原理, 是通过铝将栅和体
短接, 从而使体电位跟随栅电位变化。当V GS为高电
平时, 体源二极管正向偏置; 在V GS为低电平时, 体源