纳米级场效应晶体管建模与结构优化研究

目 录

第1章 绪论 1
1.1 CMOS超大规模集成电路技术发展与现状分析 1
1.2 内容概述 12
第2章 纳米级MOSFETs的寄生电容模型 15
2.1 过往亚微米级寄生电容模型回顾 15
2.1.1 概述 15
2.1.2 几种常见的寄生电容模型介绍 18
2.2 考虑源漏接触电极影响的深亚微米寄生电容模型 27
2.2.1 概述 27
2.2.2 栅极侧壁电容 (Cside) 28
2.2.3 栅极顶部电容与总寄生电容 36
2.3 基于精准边界条件的全解析寄生电容模型 41
2.3.1 概况 41
2.3.2 栅极侧壁电容 42
2.3.3 栅极顶部电容与总寄生电容 47
第3章 纳米级金属氧化物半导体场效应晶体管模型 51
3.1 平面单栅极体硅金属氧化物半导体场效应晶体管模型 51
3.1.1 能带理论 51
3.1.2 一个平面金属氧化物半导体电容器的标准模型 57
3.1.3 一个平面单栅极金属氧化物半导体场效应晶体管器件的标准模型 62
3.2 长沟道未掺杂双栅金属氧化物半导体场效应晶体管漏源电流模型 64
3.2.1 概述 64
3.2.2 结构与模型 65
3.2.3 模型验证 69
3.3 长沟道掺杂双栅金属氧化物半导体场效应晶体管漏源电流模型 70
3.3.1 概述 70
3.3.2 结构与模型 71
3.3.3 模型验证 73

3.4 短沟道双栅金属氧化物半导体场效应晶体管亚阈值伏安特性模型 77
3.4.1 概述 77
3.4.2 结构与模型 77
3.4.3 模型验证 81
3.5 非对称短沟道双栅金属氧化物半导体场效应晶体管建模 84
3.5.1 概述 84
3.5.2 结构与模型 85
3.5.3 模型验证 88
3.6 长沟道掺杂围栅金属氧化物半导体场效应晶体管模型 92
3.6.1 概述 92
3.6.2 结构与模型 93
3.6.3 模型验证 95
3.7 短沟道掺杂围栅金属氧化物半导体场效应晶体管模型 99
3.7.1 概述 99
3.7.2 结构与模型 100
3.7.3 模型验证 104
第4章 无结型场效应晶体管建模研究 112
4.1 长沟道双栅极无结晶体管模型 112
4.1.1 概述 112
4.1.2 器件结构和参数说明 112
4.1.3 电场与电势分布模型 113
4.1.4 漏源电流模型 116
4.1.5 模型验证 117
4.2 长沟道围栅极无结晶体管模型 123
4.2.1 概述 123
4.2.2 器件结构和参数说明 124
4.2.3 电场与电势分布模型 124
4.2.4 漏源电流模型 126
4.2.5 模型验证 127
4.3 基于分离变量法的短沟道对称双栅无结晶体管亚阈值模型 131
4.3.1 概述 131
4.3.2 器件结构和参数说明 132
4.3.3 模型建立 132
4.3.4 模型验证 135
4.4 基于抛物线法的短沟道对称双栅极无结晶体管紧凑亚阈值模型 141
4.4.1 概述 141
4.4.2 器件结构和参数说明 142
4.4.3 模型建立 142
4.4.4 模型验证 145
4.5 基于分离变量法的短沟道非对称双栅无结型场效应晶体管模型 151
4.5.1 概述 151
4.5.2 器件结构和参数说明 152
4.5.3 模型建立 153
4.5.4 模型验证 155
4.6 基于抛物线法的短沟道围栅无结晶体管紧凑亚阈值模型 163
4.6.1 概述 163
4.6.2 器件结构和参数说明 164
4.6.3 模型建立 164
4.6.4 模型验证 168
第5章 纳米级无结场效应晶体管的结构优化 180
5.1 沟道边缘处栅极氧化物厚度优化方案 180
5.1.1 双栅无结场效应晶体管优化 180
5.1.2 立体栅无结场效应晶体管优化 192
5.2 不同介电常数栅极氧化物结合使用优化方案 201
5.2.1 双栅无结场效应晶体管优化 201
5.2.2 立体栅无结场效应晶体管优化 205
5.3 短沟道优化——马鞍型折叠栅无结场效应晶体管 210
第6章 结论 220
附录A 共形映射 224
A.1 坐标系的变换 224
A.2 用复变函数法转换 227
附录B Schwarz-Christoffel映射 229
附录C 泊松积分公式 231
参考文献 233