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《MOS器件多晶硅栅量子效应的解析模型》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第26卷第11期半导体学报Vol.26No.112005年11月CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSNov.,20053MOS器件多晶硅栅量子效应的解析模型代月花陈军宁柯导名孙家讹徐超(安徽大学电子科学与技术学院,合肥230039)摘要:根据载流子分布曲线近似,通过求解泊松方程,对多晶硅中的量子效应进行建摸,得出了一个基于物理的解析模型,该模型仅仅通过两个拟合参数可以将多个分散的状态模型简化为一个统一的模型.利用该模型对阈值电压进行了计算,其结果与数值模拟结果相吻合,证明了该模型的正确
2、性和准确性.关键词:多晶硅;量子效应;拟合参数;屏蔽长度;电势分布函数;场强分布函数PACC:7340Q;7320A;7300中图分类号:TN38611文献标识码:A文章编号:025324177(2005)1122164205弯曲不大,不会形成深的量子阱,因此一直以来多晶1引言硅中载流子的分布多用经典的方法进行描述.其实[1]不然,研究表明,由于在多晶硅/二氧化硅界面处随着器件尺寸的不断缩小,为减小短沟效应,一存在一个陡峭势垒,能带发生突变,电子的波函数在般采取增加沟道掺杂浓度和减薄氧化层厚度等措界面处被陡峭
3、势垒反射,且反射回的波函数之间相施.对于这种结构的器件,其反型层和积累层中的量互干涉,从而形成特定的载流子分布.电荷被推离界子效应对阈值电压、栅电容以及漏电流的影响,长期面,形成大概几个纳米的称为“darkspace”的耗尽以来都被广泛关注.近期,在多晶硅量子效应的研究层,与经典的电荷分布不同,当经典的耗尽宽度小于[1,2]中,数值模拟的结果表明,当栅电容进一步减小或与“darkspace”的宽度相近的时候,量子效应不容时,阈值电压发生了新的漂移.本文对多晶硅中的量忽视.子效应进行建摸,得出了一个基于物理的解
4、析模型.文献[2]给出了多晶硅中不同状态下电子分布该模型针对积累、平带、反型三种情况,无需对这三的数值解,如图1所示.图中还给出了不同栅压下考种情况分别进行建模,只需改变两个参数均可适用.虑多晶硅量子效应时多晶硅中载流子的分布和经典我们利用该模型对阈值电压进行了计算,其结果与下载流子的分布.可以看出,当所加的电压为负和所通过求解泊松和薛定谔方程的自恰问题得到的数值加栅压为阈值电压时,量子效应下的载流子分布与[3,4]模拟结果基本一致.经典的情况有很大的差别;而加的正电压很大时,量子情况与经典情况已没有很明显的
5、差别.这是由于2模型介绍外加负压时,原有势垒变得更高,电子波函数在更深的量子阱中被反射且相互干涉,能带的突变对电子+我们研究的器件结构为n沟MOSFET,其n波函数的影响显著;而外加正电压的时候,对电子波型的多晶硅是均匀掺杂的,且近似认为多晶硅中的函数影响很小.杂质是完全电离的.通常情况下,改变外加电压,高根据数值模拟结果,电子浓度在上升阶段服从[5]掺杂的多晶硅从积累到耗尽转变,多晶硅中的能带高斯分布,设多晶硅/二氧化硅界面处为x=0,向3国家自然科学基金(批准号:60276042),安徽省自然科学基金(批
6、准号:01044104)及安徽省教育厅(批准号:2003kj0012d)资助项目代月花女,1975年出生,博士研究生,目前研究方向为深亚微米MOS器件的建模和模拟.陈军宁男,1953年出生,教授,博士生导师,研究领域包括超大规模集成电路设计和半导体器件的研究.柯导名男,1954年出生,教授,博士生导师,研究领域包括超大规模集成电路设计和半导体器件的研究.2005201214收到,2005203216定稿Z2005中国电子学会第11期代月花等:MOS器件多晶硅栅量子效应的解析模型2165x-λq-p-E2(x)
7、=-Δnβλseβλsε0εSi](6)x-λq22-pV2(x)=Δnβλseβλs+VGε0εSi2dV1(x)q2=-[Np-n1(x)],0≤x≤λpdxε0εSiE1(x)
8、x=λ=E2(x)
9、x=λppV1(x)
10、x=λ=V2(x)
11、x=λpp(7)x图1量子效应下载流子的分布和经典情况下多晶硅中载流qξ2/λ2-E1(x)=Δnx-(Np+Δn)edξ+子的分布对比CL:经典描述下载流子分布;QM:考虑量子效ε0εSi∫0λ应下载流子的分布.体硅掺杂1018cm-3,多晶硅掺杂1020p22-ξ
12、/λ(Np+Δn)edξ-Δn(βλs+λp)cm-3.∫0]q1xy22Fig.1ElectronconcentrationinthepolysiliconforaΔnx2-(Ne-ξ/λdξdy+V1(x)=p+Δn)ε0εSi2∫0∫0quantummodelandaclassicalmodelCL:classicalλp22-ξ/λmodel;QM:quantummodel.Thepolys
