《型半导体器》PPT课件

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1、第六章：新型半导体器件§6.1现代MOS器件§6.2纳米器件§6.3微波器件§6.4光电子器件§6.5量子器件8/27/20211TheoryofSemiconductorDevicesSiSubstrateMetalGateHigh-kTri-GateSGDIII-VSCarbonNanotubeFET50nm35nm30nmSiGeS/DStrainedSiliconFutureoptionssubjecttoresearch&changeSiGeS/DStrainedSilicon90nm65nm45nm32nm20032005200720092011+Techno

2、logyGenerationSource:Intel20nm10nm5nmNanowireManufacturingDevelopmentResearchTransistorResearchResearchOptions:High-K&MetalGateNon-planarTrigateIII-V,CNT,NW8/27/20212TheoryofSemiconductorDevices8/27/20213TheoryofSemiconductorDevices8/27/20214TheoryofSemiconductorDevices8/27/20215TheoryofS

3、emiconductorDevices8/27/20216TheoryofSemiconductorDevices§6.1现代MOS器件ULSI发展的两个主要方向：深亚微米与亚0.1微米集成和系统的芯片集成。因此需要对深亚微米和亚0.1微米工艺、器件和电路技术，器件的结构和相应的物理机理的研究。微小MOSFET中的一些物理效应，如器件尺寸变小，通常的一维器件模型需要修正，出现二维、三维效应，同时还会出现各种强电场效应。8/27/20217TheoryofSemiconductorDevices一、MOSFET的按比例缩小近20年来，恒压按比例缩小规则的使用比较成功，但随着

4、工艺的发展，器件性能和集成密度进一步提高，目前逐渐逼近其基本的物理极限。如果要进一步提高集成电路的性能，则需要考虑更多的因素，而不仅仅是简单的按比例缩小器件尺寸。需要同时在降低电源电压、提高器件性能和提高器件可靠性等三个方面之间进行折衷选择。金属栅和高K栅介质的应用8/27/20218TheoryofSemiconductorDevices8/27/20219TheoryofSemiconductorDevices8/27/202110TheoryofSemiconductorDevices8/27/202111TheoryofSemiconductorDevices8/

5、27/202112TheoryofSemiconductorDevices实验结果表明，在进行折衷的过程中，源、漏结的参数，尤其是结深、RSD和结的突变性是至关重要的因素。尽管这种经验方法不是很理想，而且难以符合基于基本物理规律的按比例缩小规则，但是这种经验方法更准确、更实用一些。这是由于当器件横向尺寸的变化使器件的纵、横向以及其他各方向上的参数错综复杂地相互作用时，器件的三维特性越加突出；同时由于基本物理极限的限制，对亚0.1μm器件的进一步缩小变得非常困难，这主要包括超薄栅氧化层的制作；源、漏超浅结的形成以及小尺寸器件必须在很低的电源电压下工作所带来的问题等。截至目前

6、为止，器件和ULSICMOS工艺发展的实际情况是器件的各个部分都在缩小。8/27/202113TheoryofSemiconductorDevices二、现代MOS器件的一些物理效应短沟道效应（SCE）微小尺寸效应，狭义的定义，是指随沟道缩短，阈值电压减小（n沟）或增大（p沟）的效应（VTrolloff）。VTrolloff现象包括VDS很低时测定VT随Lg变化和VDS很高时VT随Lg的变化。8/27/202114TheoryofSemiconductorDevicesDIBL效应与器件穿通DIBL即漏电压感应源势垒下降效应，是器件二维效应与强电场效应结合的结果。当漏结加

7、较大的电压时，结电场向源区发展，因为沟道很窄，使漏结电场与源结相耦合，当VDS高到一定程度，漏的结电场就会影响源pn结的势垒，使之降低，这便是DIBL效应。一个明显结果是使VT降低，因为源势垒下降，就可用较低栅压使器件开启。因为在一定的VDS下，Lg越小DIBL导致的越大，因此DIBL也产生VTrolloff，而且VDS越高，VTrolloff效应越显著。同时DIBL效应会影响MOSFET的亚阈区特性，包括使S和Ioff退化。因此在深亚微米与亚0.1微米的设计中要避免或抑制DIBL效应。8/27/202115TheoryofS