Моделирование кремниевых полевых нанотранзисторов методом Монте-Карло с учетом квантовых эффектов

• Автор: Сидоров, Анатолий Анатольевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 102 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Совершенствование конструкции полевых транзисторов.

1.2. Классические методы моделирования

1.3. Квантовые методы моделирования.

Глава 2. Классическая модель баллистического полевого транзистора

2.1. Моделирование контакта истокканал транзистора.

2.2. Движение в канале транзистора зонная структура и рассеяние

2.3. Эффекты пространственного заряда.

Глава 3. Квантовые эффекты в полевом нанотранзисторе.

3.1. Эффекты, связанные с поперечным квантованием носителей в канале транзистора.
3.1.1. Изменение порогового напряжения и тока открытого транзистора.
3.1.2. Квантовый транспорт в канале транзистора.
3.1.3. Емкость каналзатвор.
3.2. Статистика ФермиДирака
3.3. Туннелирование.
Глава 4. Программа МонтеКарло ВАЬ1 с учетом квантовых эффектов .
4.1. Решение уравнения Пуассона.
4.1.2. Область вычислений и граничные условия
4.1.3. Методика вычислений.
4.2. Вычисление концентрации
4.2.1. Модель
4.2.2. Заброс частиц.
4.2.3. Рассеяние.
4.2.4. Расчет траектории.
4.2.5. Переход к макроскопическим параметрам.
4.2.6. Учет поперечного квантования в канале
Глава 5. Обсуждение результатов моделирования и рекомендации по
конструкции транзисторов
Выводы.
Заключение.
Литература


Однако при этом возникает некоторое затруднение, связанное с тем, что наступление "баллистической" эры у кремниевых транзисторов совпало с наступлением "квантовой" эры. Возможности применения метода Монте-Карло с учетом квантовых эффектов обсуждаются в настоящей работе. Мы преимущественно обращаем внимание на полевые транзисторы на подложках "кремний на изоляторе" (КІІИ) как наиболее перспективные для дальнейшего продвижения кремниевой технологии в область нанометровых размеров. Схематично конструкция подобных транзисторов представлена на Рис. Рис. Схематическое изображение рассматриваемого транзистора. Целью настоящей работы было создание физической модели и программы моделирования баллистических КНИ КМОП транзисторов с учетом квантовых эффектов. Построена физическая модель кремниевого полевого транзистора для длины канала меньше 0. Разработана программа моделирования кремниевого полевого нанотранзистора, основанная на применении метода Монте-Карло с учетом квантовых эффектов. Определено влияние поперечного квантования носителей в канале на характеристики кремниевого полевого нанотранзистора. Показано, что основное влияние поперечного квантования состоит в сдвиге порогового напряжения на величину, приблизительно задаваемую энергией поперечного квантования. На надпороговую характеристику транзистора поперечное квантование оказывает слабое влияние. Обосновано применение тонких (меньше нм), а также напряженных слоев кремния в полевых нанотранзисторах. Показано, что для полевого транзистора с тонким слоем кремния значительно ослабляется влияние поверхностного заряда и заряда в окисле на характеристики транзистора. Проведенные расчеты позволяют качественно предсказывать влияние конструктивных параметров на характеристики баллистических нанотранзисторов. Разработанная программа моделирования может использоваться для проектирования прибора с заданными характеристиками. Проведенный анализ влияния классических и квантовых эффектов позволяет очертить границы использования различных методов моделирования. Достоверность результатов работы определяется непротиворечивостью полученных результатов и их согласием с существующими теоретическими моделями и имеющимися экспериментальными данными. Основные результаты работы докладывались на конференции Микро- и наноэлектроника- (Звенигород) и Int. Conf. Micro- and Nanoelectronics- ICMNE' (Zvenigorod), а также на научных семинарах ФТИАН. Основное содержание диссертации отражено в двух тезисах докладов и пяти научных статьях в реферируемых журналах и периодических сборниках. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы, включающего наименований. Работа изложена на 2 страницах машинописного текста и содержит рисунков. Первая глава содержит обзор современных публикаций но теме диссертации. Рассмотрены достижения в области создания быстродействующих короткоканальных транзисторов, показывающие несомненную перспективность КИИ транзисторов. Обращается внимание на основные трудности и возможные пути их преодоления. Произведен сравнительный анализ классических и квантовых методов моделирования нанотранзисторов. Вторая» глава посвящена созданию классической физической модели полевого баллистического нанотранзистора. Рассмотрены сложности описания перехода от сильнолегированной области истока к нелегированному каналу транзистора. Для моделирования предложено использовать одночастичный метод Монте-Карло с равномерным распределением забрасываемых частиц по энергии, которое затем при расчете распределения плотности и тока пересчитывается в распределение Ферми-Дирака. Основным механизмом рассеяния в тонком слое кремния может стать рассеяние на шероховатостях поверхности. В качестве характеристики такого рассеяния было предложено использовать степень диффузности отражения носителей от поверхности. Третья глава посвящена рассмотрению квантовых эффектов в полевом нанотранзисторе. Обсуждается влияние поперечного квантования в канале на характеристики транзистора. Рассмотрен сдвиг порогового напряжения, напряжения закрытия транзистора и изменение тока открытого транзистора при учете поперечного квантования.