复旦-半导体器件-仇志军第四章小尺寸MOSFET的特性ppt课件
75页1、1,半导体器件原理,主讲人:仇志军 本部遗传楼309室 55664269 Email: 助教:王晨禹,2,第四章 小尺寸MOSFET的特性,4.1 MOSFET的短沟道效应和窄沟道效应 4.2 小尺寸MOSFET的直流特性 4.3 MOSFET的按比例缩小规律,3,4.1 MOSFET的短沟道效应和窄沟道效应1,4.1.1 MOSFET 的短沟道效应(SCE),1. 阈值电压“卷曲”(VT roll-off),2. 漏感应势垒降低(DIBL),3. 速度饱和效应,4. 亚阈特性退化,5. 热载流子效应,4,4.1 MOSFET的短沟道效应和窄沟道效应2,4.1.2 阈值电压“卷曲”(VT roll-off),1. 现象,短沟道效应,窄沟道效应,5,4.1 MOSFET的短沟道效应和窄沟道效应3,4.1.2 阈值电压“卷曲”(VT roll-off),2. 原因,长沟道 MOSFET,短沟道 MOSFET,GCA:,p-Si,p-Si,6,4.1 MOSFET的短沟道效应和窄沟道效应4,4.1.2 阈值电压“卷曲”(VT roll-off),2. 原因,p-Si, VT ,3. 电荷分享
2、模型 (Poon-Yau),NMOS,7,4.1 MOSFET的短沟道效应和窄沟道效应4,4.1.2 阈值电压“卷曲”(VT roll-off),3. 电荷分享模型 (Poon-Yau),计算 QB/QB(电荷分享因子 F ),VDS = 0,NMOS,8,4.1 MOSFET的短沟道效应和窄沟道效应5,4.1.2 阈值电压“卷曲”(VT roll-off),3. 电荷分享模型 (Poon-Yau),讨论 QB/QB(电荷分享因子 F ),dmax/xj 较小时,dmax/xj 较大时,经验参数( 1),1o L F VT ,2o tox VT ,3o NA dmax F VT ,4o xj VT ,9,4.1 MOSFET的短沟道效应和窄沟道效应6,4.1.2 阈值电压“卷曲”(VT roll-off),3. 电荷分享模型 (Poon-Yau),讨论 QB/QB(电荷分享因子 F ),当 VDS 0 时,VDS F VT ,抑制 VT roll-off 的措施:,1o xj ,2o NA ,3o tox ,4o VBS ,5o VDS ,10,4.1 MOSFET的短沟道效应和窄沟道
3、效应7,4.1.3 反常短沟道效应(RSCE / VT roll-up),1. 现象,11,4.1 MOSFET的短沟道效应和窄沟道效应8,4.1.3 反常短沟道效应(RSCE / VT roll-up),2. 原因,MOS “重新氧化”(RE-OX)工艺,OED:氧化增强扩散,12,4.1 MOSFET的短沟道效应和窄沟道效应9,4.1.3 反常短沟道效应(RSCE / VT roll-up),3. 分析,单位:C/cm2,横向分布的特征长度,源(漏)端杂质电荷面密度,单位:C,13,4.1 MOSFET的短沟道效应和窄沟道效应10,4.1.4 窄沟道效应(NEW),1. 现象,W VT ,短沟道效应,窄沟道效应,14,4.1 MOSFET的短沟道效应和窄沟道效应11,4.1.4 窄沟道效应(NEW),2. 边缘耗尽效应, 圆弧:,一般地,引入经验参数 GW,15,4.1 MOSFET的短沟道效应和窄沟道效应12,4.1.4 窄沟道效应(NEW),3. 三种氧化物隔离结构的 NWE,Raised field-oxide isolation: W VT ,LOCOS: W VT ,ST
4、I: W VT 反窄沟道效应(inverse NWE),16,4.1 MOSFET的短沟道效应和窄沟道效应13,4.1.4 窄沟道效应(NEW),4. 杂质横向扩散的影响,杂质浓度边缘高,中间低 边缘不易开启 随着 W VT 窄沟道效应,17,4.1 MOSFET的短沟道效应和窄沟道效应14,4.1.5 漏感应势垒降低,1. 现象,L 很小时, VDS VT ,DIBL 因子,18,4.1 MOSFET的短沟道效应和窄沟道效应15,4.1.5 漏感应势垒降低,2. 原因,(1) 电荷分享,VDS F VT ,19,4.1 MOSFET的短沟道效应和窄沟道效应16,4.1.5 漏感应势垒降低,2. 原因,(2) 电势的二维分布,导带边 Ec,表面势,特征长度,VT =,VDS 很小,VDS 大,20,4.1 MOSFET的短沟道效应和窄沟道效应17,4.1.6 短沟道 MOSFET 的亚阈特性,1. 现象,长沟道 MOSFET,短沟道 MOSFET,21,4.1 MOSFET的短沟道效应和窄沟道效应18,4.1.6 短沟道 MOSFET 的亚阈特性,1. 现象,短沟道 MOSFET 的亚
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