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量子阱Si/SiGe/Si p型场效应管阈值电压和沟道空穴面密度模型
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:Acta Physica Sinica
  • 时间:2012.8.8
  • 页码:348-354
  • 分类:TN322.8[电子电信—物理电子学]
  • 作者机构:[1]西安电子科技大学微电子学院 宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室,西安710071
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:61076097,60936005)资助的课题.
  • 相关项目:高k叠层栅AlGaN/GaN MOS-HEMT器件结构实现与可靠性表征
中文摘要:

si材料中较低的空穴迁移率限制了si互补金属氧化物半导体器件在高频领域的应用.针对SiGeP型金属氧化物半导体场效应管(PMOSFET)结构,通过求解纵向一维泊松方程,得到了器件的纵向电势分布,并在此基础上建立了器件的阈值电压模型,讨论了Ge组分、缓冲层厚度、Si帽层厚度和衬底掺杂对阈值电压的影响.由于SiGe沟道层较薄,计算中考虑了该层价带势阱中的量子化效应.当栅电压绝对值过大时,由于能带弯曲和能级分裂造成SiGe沟道层中的空穴会越过势垒到达Si/SiO2界面,从而引起器件性能的退化.建立了量子阱SiGePMOSFET沟道层的空穴面密度模型,提出了最大工作栅电压的概念,对由栅电压引起的沟道饱和进行了计算和分析.研究结果表明,器件的阈值电压和最大工作栅压与SiGe层Ge组分关系密切,Ge组分的适当提高可以使器件工作栅电压范围有效增大.

英文摘要:

The low hole mobility restricts the application of Si complementary metal-oxide-semiconductor in high frequency fields. In this paper, the SiGe p-metal-oxide-semiconductor field-effect-transistor (PMOSFET) is studied. By numeric modeling and analysis, the vertical potential distribution of the device is obtained through solving one-dimensional Poisson equations, and the threshold-voltage model is established. The effects of Ge-profile, thickness of Si buffer layer, thickness of Si cap layer and substrate doping on the threshold-voltage are discussed. In SiGe layer, the quantization effect of the potential well in valence band is taken into account. When the gate voltage is large enough, the holes in SiGe channel layer will transit to the Si/SiO2 interface due to band bending and energy level splitting, causing the degradation of device performance. Thus, the hole-sheet-density model in quantum channel of SiGe PMOSFET is established, and the concept of the maximum operating gate voltage is proposed, moreover the channel saturation induced by gate voltage is calculated and analyzed. The results show that the threshold voltage and the maximal operating gate voltage are related to Ge-profile, and a proper increase of Ge-profile can extend the range of the operating gate voltage effectively.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876