新型soi mosfet器件结构研究与电特性分析

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1、学校代码10701107011070110701学学学学号号号号1111310297分类分类号分类TN82TN82TN82TN82号号号TN38TN38TN38TN38密密密密级级级级公开公开公开公开西安电子科技大学博士学位论文新型SOIMOSFET器件结构研究与电特性分析作者姓名作者姓名：作者姓名：：：辛艳辉一级学科一级学科：一级学科：：：电子科学与技术二级学科二级学科：二级学科：：：微电子学与固体电子学学位类别学位类别：学位类别：：：工学指导教师姓名指导教师姓名、指导教师姓名、、、职称职称职称：职称：：：刘红侠教授2014提交日期：：：年9月StructureStudyandElectr

2、icalCharacteristicAnalysisofNovelSOIMOSFETAdissertationsubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofDoctorofPhilosophyByXinYanhui(ElectronicScienceandTechnology)Supervisor:Prof.LiuHongxiaSeptember,2014西安电子科技大学学位论文独创性学位论文独创性（学位论文独创性（（（或创新性或创新性或创新性）或创新性）））声明声明秉承学校严谨的学

3、风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文若有不实之处，本人承担一切法律责任。本人签名：日期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印

4、件，允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，获得学位后结合学位论文研究成果撰写的文章，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。本人签名：导师签名：日期：日期：摘要摘摘摘要摘要要要随着半导体工艺技术的不断进步，金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET（metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor）的特征尺寸也在不断的减小,传统器件所采用的材料和器件结构将会接近或达到它们的极限。短沟道效应(SCE)、DIBL效应等对MOSFET阈值电压的影响越来越严重

5、。传统的MOSFET器件结构在未来的发展受到了器件尺寸缩小的严重限制，要克服这障碍，需要从采用新材料，引入新器件结构两个不同的方面着手。基于SOI技术、应变硅技术、沟道掺杂工程等提出了新的器件结构，对新器件结构建立了物理模型，进行了分析和讨论。主要的研究工作和成果如下：1.本文在SOIMOSFET结构的基础上，引入应变硅沟道和Halo掺杂工程，提出了单Halo全耗尽应变SiSOIMOSFET结构。沟道电势采用抛物线近似，有效地求解了泊松方程，建立了表面势和表面场强模型，以及阈值电压模型。在建立模型的基础上，对新型器件结构的关键参数进行了讨论和分析。讨论了应变对沟道表面势、表面电场、阈值电压的

6、影响。结果表明，在沟道中间段，Ge组分越大其表面势越大，靠近源漏端，Ge组分越大其表面势越小。在Ge组分相同时，Halo器件比非Halo器件的阈值电压大；在沟道长度特定的情况下，应变沟道的应变量越大其阈值电压越小。考虑了在不同漏源电压下，表面势随栅长L的变化，由于Halo掺杂的存在，Halo区下的电势分布几乎不受漏电压的影响。同时，将Halo结构器件和非Halo结构器件对漏致势垒降低的影响进行了对比分析，表明Halo结构器件能更好地抑制漏致势垒降低效应。2.提出了堆叠栅介质对称双栅单Halo应变Si金属氧化物半导体场效应管MOSFET新器件结构。采用分区的抛物线电势近似法和通用边界条件求解二

7、维泊松方程，在全耗尽的条件下，建立了二维的表面势和阈值电压模型。其应变硅沟道有两个掺杂区域，和常规双栅器件(均匀掺杂沟道)比较，沟道表面势呈阶梯电势分布，能进一步提高载流子迁移率；探讨了漏源电压对短沟道效应的影响；分析得到阈值电压随缓冲层Ge组分的提高而降低；若堆叠栅介质的高k介质层的介电常数变大，源端应变硅沟道掺杂浓度升高，阈值电压都将会随之增大，并解释了其物理机理；分析结果表明：该新结构器件能够更好地抑制