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1、SiGe沟道pMOSFET阈值电压模型第26卷第2期2006年5月固体电子学研究与进展RESEARCH&PROGRESSOFSSEVo1.26,No.2May.2006SiGe沟道pMOSFET阈值电压模型邹晓h徐静平李艳萍陈卫兵苏绍斌(华中科技大学电子科学与技术系.武汉,430074)(.江汉大学机电与建筑工程学院,武汉,430056)2005—08—01收稿.20051024收改稿摘要:通过求解泊松方程,综合考虑短沟道效应和漏致势垒降低效应,建立了小尺寸SiGe沟道pMOSFET阚值电压模型.模拟结果和实验数据吻合良好.模拟分析表明,当S
2、iGe沟道长度小于200nm时.阈值电压受沟道长度,Ge组份,衬底掺杂浓度,盖帽层厚度,栅氧化层厚度的影响较大.而对于500nm以上的沟道长度.可忽略短沟道效应和漏致势垒降低效应对阈值电压的影响.关键词;锗硅沟道;金属一氧化物一半导体场效应管;阈值电压;短沟遒效应中圈分类号;TN386.1文献标识码:A文章编号:IO0O一3819(2006)02—148—04ThresholdVoltageModelofSiGeChannelpMOSFETZOUXiao'XUJingpingLIYanpingCHENWeibingSUShaobin(Departme
3、ntofElectronicScience&Technology,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan,430074,CHN)(SchoolofElectromachine&ArchitectureEngineering,JianghanUniversity,Wuhan.430056,CHN)Abstract:AnanalyticalmodelonthresholdvoltageofSiGechannelpMOSFETisdevelopedbysolvingPoisson'Seq
4、uation.Shortchanneleffect(SCE)anddraininducedbarrierlower(DIBL)aretakenintoaccountinthemode1.Simulatedresultsshowsatisfactoryagreementwithexperi—mentdata.Simulatedresultsalsoshow:channellength,Gecontent.substratedopingconcentra—tion,caplayerthicknessandgateoxidethicknessaffectt
5、hresholdvoltageintensivelywhilechan—nellengthlessthan200nm.SCEandDIBImaybeignorablewhilechannellengthismorethan5OOnm.引Keywords:SiGechannel;pMOSFET;thresholdvoltage;short—channeleffectEEACC:O53O;2560B;2570D;2575D言随着MOS器件特征尺寸缩小到深亚微米水平.受材料和工艺的限制,SiMOS器件性能的提高已达到极限值.SiGe材料由于具有比Si高2～
6、3倍的空穴迁移率.以及与SiCM0S工艺兼容,成为取代Si?基金项目;国家自然科学基金资助(60576021;60376019)E—mail:zx990919@163.com沟道,制造高迁移率SiGe沟道pMOSFET的理想材料一.目前对高迁移率SiGe沟道pMOSFET的实验研究较多.但有关器件模型的研究较少,特别是有关阈值电压模型的研究国内尚未见报道.国际上虽然对SiGepM0SFET的阈值电压有研究报道_2].但模型要么太复杂,拟合参数较多.不便于器件模拟,要么过于简单,没有考虑诸如短沟道(SCE),漏致势2期邹晓等:SiGe沟道pMOSFET
7、阈值电压模型垒降低(DIBI)等效应.本文通过考虑短沟道效应及DIBI效应对阈值电压的影响,建立了小尺寸SiGepMOSFET的阈值电压模型,模拟结果与实验数据吻合良好,可有效地用于器件模拟和结构参数的设计.2SiGepMOSFET结构SiGepMOSFET结构示意图如图1所示.它由n型Si衬底,SiGe沟道,Si盖帽层,栅氧化层,多晶Si栅或Al栅组成.t.ttsiG,td分别为氧化层,盖帽层,SiGe沟道以及耗尽层的厚度.Si盖帽层的使用是为了避免SiGe直接氧化而形成不稳定,易潮解且界面态高的GeO.在栅氧化物生长过程中,Si盖帽层会消耗一部分
8、,剩余的si形成寄生表面沟道,因此这种结构的pMOSFET实际上是一种包含表面si沟和SiGe埋沟的双沟器件
