新型隧穿晶體管及半浮柵動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)與仿真.pdf

1、隨著器件尺寸的不斷縮小以及集成電路中晶體管密度的不斷增加，針對(duì)新型小尺寸器件的設(shè)計(jì)和研究也變得更為重要，其中隧穿型晶體管作為低亞閾值擺幅、低功耗的新型器件之一，近年來(lái)得到了廣泛的關(guān)注。本論文通過(guò)設(shè)計(jì)了幾種新型的器件結(jié)構(gòu)，使隧穿型晶體管的性能得到優(yōu)化，并研究了隧穿晶體管在新型半浮柵存儲(chǔ)器件中的應(yīng)用。
　　本文第一部分主要設(shè)計(jì)并研究了具有U型溝道以及SiGe異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的新型隧穿晶體管。由于隧穿晶體管與普通MOS器件相比，主要缺陷在于其

2、開(kāi)啟電流較低，該部分設(shè)計(jì)了一種凹陷型的U型溝道增大了TFET的線性隧穿電流，從而達(dá)到了增大器件開(kāi)態(tài)總電流的目的。此外，在源極區(qū)域使用窄禁帶的鍺硅材料代替硅材料，可以減小隧穿距離，增大隧穿電流，隨后又通過(guò)在SiGe源區(qū)下方加入delta疊層結(jié)構(gòu)，使得隧穿電流得到了進(jìn)一步的增大，使得該種結(jié)構(gòu)的性能可以和普通MOS管相比擬。另外，文中還分別研究了U型TFET和平面型TFET尺寸縮小過(guò)程對(duì)其性能的影響，由于U型溝道可以增大器件的有效溝道長(zhǎng)度，與

3、平面型器件相比具有更好的尺寸微縮前景。
　　本文第二部分主要研究了由隧穿晶體管組成的新型半浮柵存儲(chǔ)器件，以及一種具有U型溝道的改進(jìn)型結(jié)構(gòu)。半浮柵存儲(chǔ)器件通過(guò)在半浮柵MOS中內(nèi)嵌一個(gè)TFET器件，可以在小面積、低功耗的情況下實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)單元的讀寫功能，操作電壓與普通DRAM相比也可以得到降低。文中還通過(guò)將浮柵下方的水平溝道改進(jìn)為凹陷U型，改善了小尺寸時(shí)器件的短溝道效應(yīng)，使器件尺寸可以得到進(jìn)一步的縮小。文中還通過(guò)仿真對(duì)該存儲(chǔ)器件操作時(shí)的電

4、學(xué)原理進(jìn)行分析，并通過(guò)對(duì)比U型溝道器件與平面器件隨著尺寸減小時(shí)電學(xué)性能的變化，體現(xiàn)出U型溝道所帶來(lái)的的優(yōu)勢(shì)。文中提出了兩種對(duì)U型半浮柵器件的優(yōu)化方法，其一是通過(guò)在漏區(qū)下方加入高摻雜層來(lái)減小?！?”狀態(tài)保持時(shí)的漏電，其二是通過(guò)溝道局部注入對(duì)浮柵MOS的閾值電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而對(duì)“0”“1”態(tài)讀取電流進(jìn)行調(diào)整。
　　本論文中的工作均采用TCAD軟件仿真完成，隧穿模型選擇了新的動(dòng)態(tài)非局域隧穿模型，隧穿電流計(jì)算更為準(zhǔn)確，且模型中的參數(shù)均經(jīng)過(guò)