纳米MOSFET散粒噪声及输运机制研究

摘要

实验测量和理论模拟结果都表明,当器件沟道长度减小到某一长度后,载流子输运机制将从漂移扩散向准弹道甚至弹道输运过渡,而器件中的过剩噪声主要成分将从以热噪声为主转变为以散粒噪声为主。本文通过深入分析,发现输运机制转变与过剩噪声成分转变的动力学根源一致,都取决于源区附近势垒及沟道电阻这两个限制因素的竞争关系。基于纳米MOSFET载流子输运物理和热噪声、散粒噪声产生机理,本文推导了输运机制及过剩噪声主要成分发生转变的条件。随着沟道长度缩短、源漏电压增加、栅极电压减小及温度降低,输运机制将从漂移扩散输运转变为弹道输运,过剩噪声将从热噪声转变为散粒噪声。为了预测纳米MOSFET电流噪声,本文基于准弹道纳米MOSFET电流模型及载流子输运图像,建立了电流噪声模型。本文模型与实验、模拟得到的结果一致。根据本文建立的噪声模型,提出一种基于噪声测试的背散射系数提取方法,实现了噪声对输运信息的表征。最后,本文对纳米MOSFET输运及噪声进行了Monte Carlo模拟研究,得到了输运参量、电流噪声与偏置电压、温度及源漏掺杂浓度的关系。