非平衡格林函数法在纳米量级MOS器件分析中的应用

摘要

在现代集成电路中，MOS器件的特征尺寸已降到100nm以下。器件的各部分作为一个相互联系的整体，某些部分的尺寸是微米量级，但某些部分的尺寸却是纳米量级，因此器件得以工作的载流子输运机制既牵涉到经典的漂移—扩散输运机制，也牵涉到量子隧穿、热载流子发射以及各种散射输运机制。这给器件的物理分析带来了前所未有的难度。针对纳米量级器件建立行之有效的解析理论分析模型已成为微电子学与固体电子学研究者十分关注并着力研究的重要问题。 本论文针对纳米量级MOS器件，采用先进的格林函数法来处理载流子的输运问题。这种方法的特点是数学处理困难，但是可以处理复杂输运机制，如：弹道输运和散射输运。并且可以得到更为准确可靠的结果，特别适合分析线度小于30rim的器件有源区的输运特性。论文首先介绍了格林函数法的特点及其应用于分析器件中特殊问题的处理方法。然后以栅长为20nm，氧化层厚度为3－5nm的双栅MOSFET为研究对象，应用格林函数法详细分析并给出了器件的特性变化规律，然后给出了一个包含多种器件物理效应的开启电压公式。论文还描述了边界条件的处理方法和提高方程组收敛速度的方法。部分研究结果已在ChinesePhysics刊物上发表。

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第一章半导体器件中的载流子输运

1.1经典输运模型：漂移—扩散模型

1.2传统量子输运模型：密度梯度模型

1.3非平衡格林函数的引入

1.4本论文的目的和意义

第二章：非平衡格林函数方法

2.1简介

2.2自洽方程组及基本解

2.3 B(U)TTIKER探针散射模型

2.4边界条件的确定

2.5实空间和模空间的讨论

第三章非平衡格林函数方法对纳米量级MOS器件的应用

3.1器件模型结构

3.2弹道输运模型的模拟结果

3.2.1器件在平衡状态下的性质

3.2.2器件在非平衡状态下的性质

3.3 B(U)TTIKER探针散射模型的模拟结果

3.4态密度能谱分布图

第四章对纳米量级双栅MOS开启电压的研究

4.1简介

4.2窄沟效应

4.3短沟效应

4.4氧化层厚度的影响

4.5总的效应

4.6讨论

4.7总结

第五章总结与展望

5.1全文总结

5.2将来的工作

5.2.1掺杂浓度的问题

5.2.2模空间带来的问题

5.2.3有待解释的现象

5.2.4处理散射的问题

参考文献

致谢