薄膜双栅MOSFET电流模型及其温度效应的研究

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薄膜双栅MOSFET是一种新型的高速度、低功耗MOSFET。与普通MOSFET相比,该器件具有很多优越的特性,如较高的跨导、优良的亚阈值斜率特性、较高的载流子迁移率、短的延迟时间、优良的频率特性、对短沟道效应的抑制性能、较小的寄生效应、较强的抗辐射能力等。随着现代科技的发展,高温微电子技术逐渐为该领域重要的前沿。主要是改善半导体器件的高温特性,提高工作温度,以满足高温应用的需求。到上个世纪80年代初,国际上已将高温MOS器件研究的温度范围扩展到300℃左右。但是,目前尚没有关于薄膜双栅MOSFE的温度效应分析,因此研究该器件的温度效应势在必行。本文建立了关于薄膜双栅MOSFET的电流模型。对于此模型的建立,是分段考虑的。薄膜双栅MOSFET与普通体硅MOSFET相比,多了一个下栅极,对硅膜的控制力更强。此器件最大的特点在亚阈值区的体反型效应,此时载流子从硅膜体内运输,发挥了硅膜体内载流子迁移率高的特点。因此在亚阈值区,根据QM模型,利用反型层质心这一概念,建立了与体硅MOSFET漏源电流相似的电流公式。而在阈值电压附近,通过对薄膜双栅MOSFET器件建立泊松方程,并利用在硅膜中的等电位近似,得到了该器件阈值电压附件的电流公式。同时,在硅膜中等电位近似的基础上,将此模型通过跨导最大变化法(也即TC法)来处理.可得到当栅极电压处于阈值电压Vth时的硅膜表面势时的精确表达公式。另外,本文对薄膜双栅MOSFET的具体电学特性进行了仿真验证。将该器件的电流-电压特性,电子浓度,电子速度,电场电势在亚阈值电压区和饱和区的情况进行对比分析,从而更深刻的了解薄膜双栅MOSFET该器件的特性。并同时对薄膜双栅MOSFET器件的温度特性进行了研究,比较了不同温度下的输出特性,饱和漏电流,阈值电压与温度的变化关系。先对其进行理论上的计算分析,得到亚阈值电流,阈值电压,饱和电流等随温度的变化关系,并用Medici模拟仿真进行验证。首先计算出理论结果,在用仿真得出结果跟理论结果比较,其结果是一致的。
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