- •Введение
- •Математическое моделирование фотолитографических процессов при создании субмикронных структур и нанометровым размеров
- •Оптическая литография. Проекционная литография. Формирование изображения
- •Формирования изображения в фоторезисторе. Моделирование
- •Моделирование процесса травления фоторезистора
- •Ограничение оптической литографии
- •Математическое моделирование процессов электронной литографии
- •Теория электронной эмиссии
- •Моделирование эффекта близости при электронной литографии
- •Моделирование наносистем методами Монте-Карло
- •Генерация случайных чисел на отрезке [a, b) в соответствии с заданной функцией распределения p(X)
- •Интегрирование методом Монте-Карло
- •Приложения метода Монте-Карло к наносистемам, состоящим из нескольких частиц
- •Применение метода Монте-Карло к неравновесным задачам
- •Уравнение Ланжевена
- •Взаимодействующие системы
- •Моделирование наносистем методами молекулярной динамики
- •Принципы мд-моделирования наносистем
- •Интегрирование уравнения движения Ньютона
- •Плазмохимическое осаждение, моделирование роста покрытий в условиях бомбардировки высокоскоростными атомами
- •Моделирование кремниевых полевых нанотранзисторов с учётом квантовых эффектов
- •5.1. Физика полупроводников с пониженной размерностью
- •5.2. Экранирование электрического поля в структурах пониженной размерности
- •Определение зависимости потенциала в области пространственного заряда от координаты
- •Структура и технологии нанотранзисторов
- •Влияние электрического поля на свойства квантоворазмерных наноструктур
- •Электронный перенос в наноструктурах с критическим размером
- •Моделирование характеристик полевого баллистического нанотранзистора в тонком кремнии на изоляторе.
- •2. Квантовая модель нанотранзистора
- •3. Квантовое моделирование нанотранзисторов
- •4. Влияние зарядки окисла на характеристики транзистора с тонким слоем кремния
- •5. Влияние шероховатостей поверхности на перенос носителей в тонком слое кремния
- •6. Влияние материала затвора и подзатворного диэлектрика на характеристики транзистора
- •7. Расчет характеристик нанотранзистора
- •7. Исследование предельных величин для кремниевых полевых нанотранзисторов
- •Моделирование и методы расчета оптических наноструктур
- •Оптические свойства и кинетические эффекты в крнс
- •7. Применение систем низкой размерности
- •Список литературы
4. Влияние зарядки окисла на характеристики транзистора с тонким слоем кремния
Для надежной работы больших логических транзисторных схем подпороговый ток, т.е. ток утечки, протекающий в канале транзистора в его закрытом состоянии (при VG<VT), должен быть как можно меньше. При разработке полевых транзисторов борьба с подпороговыми токами является одной из основных проблем. В этой главе получим простое аналитическое выражение для подпорогового тока Ioff в SOI MOSFET.
Для этого воспользуемся приближенным решением электростатической задачи, когда можно пренебречь подвижным зарядом в канале транзистора [28]. Тогда распределение потенциала поперек канала SOI MOSFET в закрытом состоянии выглядит, как на рис. 8. В данном случае нулевой потенциал поддерживается на кремниевой подложке и расстояние d3 равно толщине заглубленного окисла (buried oxide), которая обычно составляет 100-400нм. Для транзисторов с нанометровой длиной канала L правильнее фиксировать нулевой потенциал на глубине, которая близка к длине канала. На этой глубине потенциал уже определяется контактом истока. В этом случае d3 ≈ L.
Рис.8 Распределение потенциала поперек канала SOI MOSFET в закрытом состоянии.
Для расчета падений напряжений на толщине канала и обоих слоях окислов воспользуемся краевым условием на границе раздела диэлектрических сред, означающим скачок электрической индукции. Это условие вытекает из соответствующего уравнения Максвелла.
, (19)
. (20)
σ1 и σ2 – плотности поверхностных зарядов, локализованных на границах раздела подзатворный окисел-канал и канал-слой нижнего окисла соответственно.
Совместное решение уравнений (19) и (20) вместе с условием баланса потенциалов:
(21)
дает следующее значение напряжения V3:
. (22)
Основная часть тока протекает вдоль нижнего края канала, где высота потенциального барьера минимальна. По своей природе ток в подпороговом режиме транзистора является термоэмиссионным
. (23)
В идеальном пределе, к которому стремятся разработчики, V3=VG. Тогда напряжение совершенно не падает на толщине слоя подзатворного диэлектрика и слоя кремния. В этом случае подпороговый ток приобретает вид
, (24)
а подпороговая крутизна транзистора (subthreshold swing = ) достигает своего теоретического предела 60мВ на декаду тока при комнатной температуре (Т=300К).
В практически важном случае малой толщины подзатворного диэлектрика dG и канала dSi по сравнению с длиной канала L >> dG, dSi формула (22) приобретает более простой вид
, (25)
где L*=A L, А – численный коэффициент порядка единицы.
Если в показателе экспоненты второе и третье слагаемые близки к нулю, то мы достигаем фундаментальный предел, даваемый зависимостью (24). Второе слагаемое описывает уменьшение подпороговой крутизны. Для тонких слоев кремния и подзатворного диэлектрика его влияние на крутизну значительно ослабляется.
Третье слагаемое описывает сдвиг порогового напряжения, вызванный встроенным зарядом ρ. Этот заряд возникает в процессе изготовления транзисторов. Кроме того, этот заряд возникает в процессе работы транзистора в результате зарядки окисла горячими носителями из канала. Третьей причиной может быть образование радиационных дефектов. Выражение (25) показывает, что влияние встроенных зарядов на сдвиг порогового напряжения значительно ослабляется для КНИ транзистора с тонким слоем подзатворного диэлектрика dG или высокой диэлектрической проницаемостью kG. Следует особо отметить, что большой разброс пороговых напряжений в больших ИС с транзисторами на объемной подложке вызывает необходимость работы с высокими управляющими напряжениями. Таким образом, приведенный расчет доказывает большую перспективность SOI MOSFET с тонким слоем кремния и высокой диэлектрической проницаемостью подзатворного диэлектрика.