异质栅MOS热载流子效应的研究
随着MOSFET器件尺寸以及器件沟道长度的不断减小，沟道内的电场和电流密度迅速增长，会使得热载流子形成的几率增大，一旦内部电场达到临界值后，载流子的速度达到饱和，这样不仅不能提高器件的速度，相反由此带来热载流子效应会引起器件的失效。
本文对超大规模集成电路中MOS器件的可靠性问题进行了分析，特别针对MOS器件等比例缩小带来的可靠性问题进行讨论。利用二维数值模拟软件MEDICI进行器件仿真，结合实验数据分析了常规NMOSFET的热载流子分类、热载流子效应的产生机制、衬底电流的形成机理等。
为了遏制热载流子效应，提出一种新的结构异质栅场效应晶体管（DMGMOS FET），其栅极是由两种功函数不同的材料拼接而成的。本文系统的对于DMGMOS FET结构的热载流子效应相关参数进行探讨。
首先采用分区的电势近似法和通用边界条件，求解二维泊松方程，建立适用于新结构的表面势和电场的二维解析模型。再根据DMGMOS FET栅电流和衬底电流的形成理论，利用“几率电子模型”深入剖析DMGMOS热载流子效应的失效机理，并建立适用于深亚微米、超深亚微米DMG结构器件的栅电流以及衬底电流模型。通过计算机数值模拟软件MEDICI模拟得到新结构器件沟道表面势、电场、衬底电流以及栅电流的变化趋势与理论模型所得到的规律一致，从而验证了理论模型的合理性。
本文还通过仿真方法对新结构器件与常规MOSFET的抗热载流子性能进行了对比研究。通过电势、电场、栅电流以及衬底电流等参数的仿真结果验证了DMG结构的优越性。同时用实验结果表明，新结构器件能够有效抑制短沟道效应（SCE）、减小漏感应势垒降低效应（DIBL）等。新结构器件的衬底电流、漏电流都是温度的敏感参数，所以随着器件尺寸减小，自热效应会对热载流子效应产生较大的影响。
分析了晶格温度对碰撞电离的影响，通过研究结果表明，低漏端电压下的碰撞电离率同样是温度的敏感参数。当电压较低时，产生的碰撞电离不再是电场造成的，而是由于晶格温度。
最后，改变器件栅的结构参数，在抗击热载流子效应方面提出栅结构的最优化参数。通过仿真软件对热载流子效应的监测指数进行仿真，得出增大栅功函数差可以降低热载流子效应，并且指出两个栅长度比例为1：1时，器件的抗热载流子性能最佳。
异质栅MOSFET;功函数;热载流子效应;碰撞电离;温度特性
安徽大学
硕士
微电子学与固体电子学
陈军宁;高珊
2010
中文
TN386
2011-11-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）