新型三维SiGe Core-shell多栅晶体管性能的仿真研究

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随着传统的平面金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)缩小到20nm以下,栅极氧化物厚度减小,栅极对沟道区域的控制能力减弱。短沟道效应、量子隧穿引起的漏电流增大、高浓度掺杂导致载流子迁移率的衰减等问题愈发严重。而非传统的多栅结构器件增大了与沟道部分的接触面积,栅控能力大大提高,缓解了短沟道效应,改善了亚阈值特性和漏致势垒降低效应。在此背景下,本文基于GTS TCAD仿真软件,对SiGe Core-shell FinFET器件的栅长、内外层沟道SixGe-1x组分配比进行仿真,主要取得了以下研究成果:1.对FinFET器件的结构分类、性能优化、典型的物理效应和GTS TCAD器件仿真流程做了简明的阐述。2.对SiGe Core-Shell FinFET器件进行了器件建模,分别研究了栅长对亚阈值特性的影响和内外层沟道SixGe-1x组分配比对器件Id-Vg转移特性曲线的影响;通过对比分析,得到了最佳的内层沟道SixGe-1x组分配比。3.通过对载流子浓度分布的研究,选取合适的量子模型,对垂直于沟道方向的空穴浓度、能带结构进行了参数提取。通过数据分析,得到了内外层沟道SixGe-1x组分配比对电流传输路径的影响;并结合内外层沟道SixGe-1x组分配比对饱和电流及电学特性的结果,得到了最佳的外层沟道SixGe-1x组分配比。4.基于内外层沟道SixGe-1x组分配比的分析,选取最佳SixGe-1x沟道组分配比,并与Si-FinFET、Ge-FinFET的Id-Vg转移特性曲线和电学特性做对比。仿真结果表明,Idsat相对于Si-FinFET器件,大约有两倍的提升,亚阈值摆幅(SS)大约有30m V/dec的下降;有效栅长Lge ff越小,饱和电流Idsat和亚阈值摆幅(SS)的优化越明显。
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