基于电场调制理论的纳米MOSFET新结构研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文基于电场调制理论的纳米MOSFET新结构研究博士研究生：单婵指导教师：王颖教授学科、专业：信息与通信工程哈尔滨工程大学2018年6月分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文基于电场调制理论的纳米MOSFET新结构研究博士研究生：单婵指导教师：王颖教授学位级别：工学博士学科、专业：信息与通信工程所在单位：信息与通信工程学院论文提交日期：2017年12月论文答辩日期：2018年3月23日学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationforthe

2、DegreeofD.EngResearchonNewStructureofNaonoscaleMOSFETBasedonElectricFieldModulationCandidate:ShanChanSupervisor:Prof.WangYingAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpecialty:InformationandCommunicationEngineeringDateofSubmission:December，2017DateofOralExamination:Mar

3、ch23，2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关

4、规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日

5、年月日基于电场调制理论的纳米MOSFET新结构研究摘要随着集成电路的不断发展，其重要组成元件——金属氧化物半导体场效应晶体管（MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor,MOSFET）的特征尺寸已进入亚20纳米时代。晶体管的微缩化进程面临着日益增多且极其复杂的器件物理和工艺技术问题。当器件尺寸进入深纳米以后，短沟道效应尤为突出，严重影响了器件的性能和应用。因此，为了使得晶体管的特征尺寸能够按照摩尔定律等比例缩小，满足下一代性能要求的纳米级MOSFET器件结构的研究显得尤为重要。MOSFET属于

6、电场控制型电子器件，器件内部的电场控制着载流子输运。为此，本文以高性能纳米MOSFET的新结构为研究课题，针对纳米级器件中存在的栅极对沟道的控制能力减弱的问题，在三种电场调制技术（栅工程、沟道工程和侧墙工程）理论的指导下，通过对开启状态和关断状态下器件有效沟道长度的进一步调制，改善栅极控制能力，抑制了短沟道效应，同时提高器件的驱动电流，降低其泄漏电流，获得了几种具有高开关电流比的新型纳米级MOSFET结构，为今后纳米级器件的微缩化进程提供理论指导。首先，根据泊松方程和栅工程理论边界条件，得出了应用栅工程技术的纳米MOSFET器件内部的电场

7、分布模型和电流模型。基于该理论模型在双栅无结晶体管（DualGateJunctionlessTransistor，DGJLT）结构的基础上提出一种新型双材料控制栅（DualMaterialControlGate，DMCG）DGJLT器件。通过在栅极中间采用较高功函数的金属电极，两侧采用较低功函数的金属电极，调制其在开启状态和关断状态下的有效沟道长度，达到同时提高器件的导通驱动电流ION，降低器件的截止泄漏电流IOFF的目的，获得了较高的开关电流比ION/IOFF和较快的开关转换速度。并且靠近漏区的栅极充当了屏蔽栅的作用，极大地降低了漏端电

8、压对沟道的影响，抑制了短沟道效应，为器件尺寸继续缩小提供了一定的设计思路。其次，根据泊松方程和沟道工程理论边界条件，得出了应用沟道工程技术的纳米MOSFET器件内部的电场分布模型和阈值电压模型