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半导体器件物理MOSFET.ppt

发布:2024-05-06约7.42千字共35页下载文档
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*4.3MOSFET阈值电压修正:VT与L、W的相关性漏、源区扩散结深rj表面空间电荷区厚度xdTn沟道MOSFET短沟道长沟道n沟道MOSFET窄沟道宽沟道第18页,共35页,2024年2月25日,星期天*4.3MOSFET阈值电压修正:VT随L的变化利用电荷共享模型分析(实际MOSFET):源衬结和漏衬结的耗尽层向沟道区扩展耗尽层内近S/D区的部分体电荷的电力线中止于源漏区近似认为:左右下方两个三角形内的耗尽层电荷在VDB、VSB下产生,只梯形内的空间电荷由VGS控制产生。理想情况(长沟器件):两侧三角形内空间电荷的量相对少,近似栅氧下方耗尽层电荷都是在VGS控制产生实际情况(短沟器件):两侧三角形内空间电荷的量相对增加,实际需VGS控制产生的电荷减少,VT减小第19页,共35页,2024年2月25日,星期天*4.3MOSFET阈值电压修正:VT随L的变化沟道越短,由栅控制的耗尽层电荷面电荷密度越小,VT越小第20页,共35页,2024年2月25日,星期天*4.3MOSFET阈值电压修正:VT随W的变化MOSFET半导体表面耗尽层在宽度方向将存在横向展宽现象中间矩形和两侧的空间电荷均在VGS作用下产生理想情况(宽沟器件):两侧空间电荷的量相对少,可忽略,只中间矩形内的耗尽层电荷需要栅压产生实际情况(窄沟器件):两侧空间电荷的量相对多,不可忽略,阈值反型点需VGS产生的耗尽层电荷增多,VT增大沿沟宽W的器件剖面图第21页,共35页,2024年2月25日,星期天*4.3MOSFETVT随W的变化:表面电荷若栅边缘处耗尽层的扩展相等,均为耗尽层最大厚度XdT,则两侧为1/4圆沟道越窄,由栅控制的耗尽层电荷面电荷密度越大,VT越大第22页,共35页,2024年2月25日,星期天*通过离子注入技术向沟道区注入杂质调整VT,改变了氧化层附近衬底的N。离子注入技术是微电子工艺中的一种重要的掺杂技术,也是控制MOSFET阈值电压的一个重要手段。离子注入的优点是能精确控制杂质的总剂量、深度分布和面均匀性,而且是低温工艺(可防止原来杂质的再扩散等),同时可实现自对准技术(以减小电容效应)。4.3MOSFET离子注入调整VT:原理第23页,共35页,2024年2月25日,星期天*p型半导体表面注入受主杂质Na(如B)→半导体表面净掺杂浓度↑→表面更难以反型→VT↑4.3MOSFET离子注入调整VT:原理受主注入剂量(单位面积注入的离子数)注入前的阈值电压p型半导体表面注入施主杂质Nd(如P)→半导体表面净掺杂浓度↓→表面更容易反型→VT↓施主注入剂量(单位面积注入的离子数)公式前提:所有的注入杂质,都参与改变VT实际情况??第24页,共35页,2024年2月25日,星期天*4.3MOSFET离子注入调整VT:注入杂质分布注入后的平均掺杂浓度注入前的掺杂浓度注入深度给定剂量Di后,对VT影响量与杂质注入到S后的分布函数相关Delta函数型分布阶跃函数型分布高斯函数型分布:更接近实际情况,分析较复杂XIXdT,XIXdT,VT利用NS求出注入深度单位面积注入的离子数DIXdT:注入后的最大耗尽层厚度第25页,共35页,2024年2月25日,星期天*4.3MOSFETMOSFETIC的发展若尺寸缩小30%,则栅延迟减少30%,工作频率增加43%单位面积的晶体管数目加倍每次切换所需能量减少65%,节省功耗50%MOSFETIC的发展趋势:0.25um→0.18um→0.13um→90nm→60nm→45nm→32nm→22nm→16nm,每一代工艺L→kL,k≈0.7,尺寸缩小好处:提高集成度:同样功能所需芯片面积更小提升功能:同样面积可实现更多功能降低成本:单管成本降低改善性能:速度加快,单位功耗降低第26页,共35页,2024年2月25日,星期天*完全按(恒定电场)比例缩小(FullScaling)尺寸与电压按同样比例缩小电场强度保持不变最为理想,但难以实现(器件阈值电压不能按比例缩小)4.3MOSFET缩小方式恒压按比例缩小(FixedVoltageScaling)尺寸按比例缩小,电压保持不变电场强度随尺寸的缩小而增加,强场效应加重一般化按比例缩小(GeneralScaling)尺寸和电场按不同的比例因子缩小迄今为止

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