矽基芯-殼結構納米線MOS器件基礎研究

《矽基芯-殼結構納米線MOS器件基礎研究》是依託北京大學，由何進擔任負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：矽基芯-殼結構納米線MOS器件基礎研究
• 項目負責人：何進
• 項目類別：面上項目
• 依託單位：北京大學

項目摘要

矽基芯-殼結構納米線CMOS因與傳統Scaling down工藝相兼容，同時具有極強抑制短溝效應和減少散射增強傳導的能力，對於解決10nm以下高集成度CMOS電路系列制約將是很好的一個選擇。本項目針對該類器件模擬問題和微納工藝集成技術困難，以解決10nm尺度芯-殼結構納米CMOS器件物理模型和精細工藝集成技術為目標，重點從器件結構、傳輸物理、模型與模擬、精細工藝技術實現等基礎性層面開展工作，將芯-殼結構納米線CMOS功能結構、應力效應、能帶工程、工藝集成技術及模型模擬等方面有機結合，提出有助於解決10nm以下CMOS器件設計和電路最佳化問題的器件物理理論、模擬工具、電路模型和工藝技術實現等層面創新內容和技術解決方案。該項目將闡明芯-殼結構納米線套用於10nm以下CMOS電路的可能性和功能潛力，有助從基本物理上理解該類結構特性和電路功能，從工藝技術上最佳化該結構實現其電路性能.

結題摘要

矽基芯-殼結構納米線CMOS 因與傳統Scaling down工藝相兼容，同時具有極強抑制短溝效應和減少散射增強傳導的能力，對於解決10nm 以下高集成度CMOS 電路系列制約將是很好的一個選擇。本項目針對該類器件模擬問題和微納工藝集成技術困難，提出有助於解決10nm 以下CMOS 器件設計和電路最佳化問題的器件物理理論、模擬工具、電路模型和工藝技術實現等層面創新內容和技術解決方案。該項目將闡明芯-殼結構納米線套用於10nm 以下CMOS 電路的可能性和功能潛力，有助從基本物理上理解該類結構特性和電路功能，從工藝技術上最佳化該結構實現其電路性能。 本項目給出了一個鍺/矽芯殼結構的納米線電晶體的解析模型以及基於有限差方法的數值模型。其中，數值模型採用了自洽方法聯立求解了薛丁格方程和泊松方程，解析模型中則給出了泊松方程的解析解。最後，將這兩種模型得到的包括載流子分布、柵電容以及電流-電壓轉移特性、傳輸特性曲線的模擬結進行比較，由結果的相似性證明這兩種模型的合理性，同時分析這兩種模型給出的結果之間的差異，從而對量子效應對納米尺寸器件造成的影響進行討論和推測。為了研究極限尺寸下無結器件的特性，基於從多體量子理論基礎上發展而來的非平衡態格林函式輸運理論和原子級的緊束縛能帶計算開發三維器件模擬器。套用緊束縛方法對納米線的能帶進行模擬，然後用一個彈道輸運的模型研究應變效應對環柵/納米線MOSFET輸運特性的影響。 本項目研究了新型納米線MOSFET對理解其物理特性及至探討相對應的納米線基積體電路設計是有意義的。柵非覆蓋源漏結構用來控制器件的短溝道效應，一個實際的問題是對給定的其他器件參數如氧化層厚度和半徑，如何選擇非覆蓋區的長度。另外一個問題是源漏兩側柵非覆蓋結構的對稱性對器件的短溝道特性有無顯著影響。後者還涉及到工藝偏差的實際問題。對反應-擴散模型進行了改進，考慮了納米線幾何結構的限制和反應幾率，並獲得了與實驗數據很好的一致性。