基于广义傅里叶级数的平面MOSFET漏/源电阻半解析模型

摘要

随着微电子技术的快速发展，集成电路的集成度迅速提高，晶体管作为集成电路的基本单元，其结构尺寸也在不断缩小。MOSFET尺寸的缩小，可以减小器件体积，提高器件性能，降低系统功耗，提高系统的集成度，但同时也会改变器件的物理特性。当MOSFET尺寸缩小到纳米级时，其漏/源区电阻不能和沟道电阻一样符合等比例缩小理论，漏/源区电阻在总电阻中的占比逐渐增大，MOSFET电阻的计算也成为器件研究的热点之一。使用建模法研究MOSFET时，建立简明准确的计算模型，得到物理参数意义明确的解析表达式，对减小漏/源电阻，提高器件性能，优化制造工艺都有重要的作用。本文采用半解析法对浅结MOSFET漏/源区进行建模，深入研究影响器件漏脲区电势及电阻的因素。文章的内容由以下几部分组成:
　　首先，对近些年国内外提出的MOSFET漏/源电阻研究方法，做了详细地分析和总结。并且通过分析具体的计算实例，阐明了这些方法的优点、适用范围和不足之处。
　　其次，针对这些方法的不足，本文采用半解析法对浅结MOSFET漏/源区建模，使用积分方程和傅里叶级数相结合的方法，求解漏/源电阻。根据浅结MOSFET正常工作时的特性，将漏/源区分为感应沟道区和掺杂浓度不连续的扩展电阻区两个部分。其中感应沟道区电阻可作为集总电阻计算，而扩展区电阻则利用半解析法建模求解。根据矩形等效源理论对漏/源扩展区进行分区，建立各个区域的二维电势模型，列出边值问题及各区域间的衔接条件。利用分离变量法求解边值问题，得到各个区域的电势积分表达式，代入衔接条件后，得到一组含有未知函数的待定方程。根据广义傅里叶级数展开法将未知函数展开后，即可得到含有未知系数的方程组。使用MATLAB建立矩阵方程求出未知系数，将求得的未知系数代入方程组中，得到扩展区电势的解析表达式，进而求出MOSFET漏/源扩展区的电阻。
　　最后，验证浅结MOSFET二维漏/源电阻模型。首先在扩展电阻区掺杂浓度相同的情况下，通过对比模型与PDE Toolbox作出的电势分布曲线图，证明了该模型的理论和计算过程的正确性。然后改变MOSFET物理参数，得到不同参数下的电阻，通过模型的计算结果和ATLAS仿真结果的对比，证明该模型的准确性。此外本文还深入研究了MOSFET各个物理参数对漏/源电阻变化趋势的影响。
　　本文在计算MOSFET漏/源电阻时，用广义傅里叶级数将方程展开，从而消去了指数项，使方程中的无穷级数可以运算到任意项，大幅度提高了计算结果的精度。与其他建模计算法相比，该模型最大的优点是可用于求解非同质、结构复杂的漏/源区电阻值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 MOSFET简介

1．2 MOSFET漏／源电阻的研究意义

1．3 国内外研究现状

1．4 本文主要内容

第2章 MOSFET漏／源电阻的求解方法

2．1 数值计算法

2．2 解析计算法

2．3 半解析计算法

2．4 本章小结

第3章 基于半解析法的浅结MOSFET漏／源电阻建模

3．1 浅结MOSFET漏／源电阻二维半解析模型

3．2 Ⅱ区半解析模型的建立

3．2．1 边值问题建立

3．2．2 求解φ(ξ)的线性方程的建立

3．2．3 线性方程的求解

3．3 Ⅲ区半解析模型的建立

3．3．1 边值问题建立

3．3．2 求解φ1(ξ)，φ2(ξ)的线性方程组的建立

3．3．3 线性方程组的求解

3．4 求解MOSFET漏区电阻值

3．4．1 Ⅰ区集总电阻的求解

3．4．2 Ⅱ区电阻值的求解

3．4．3 Ⅲ区电阻值的求解

3．5 本章小结

第4章 浅结MOSFET漏／源区二维电势分布和电阻的验证与分析

4．1．1 Ⅱ区电势分布图对比

4．1．2 Ⅲ区电势分布图对比

4．2 ATLAS器件仿真流程简介

4．3 浅结MOSFET漏／源电阻的验证与分析

4．4 硅化物对浅结MOSFET漏／源电阻的影响

4．5 本章小结

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文