文档介绍：南京邮电大学
硕士学位论文
小尺寸MOS器件阈值电压的三维建模与仿真研究
姓名:左磊召
申请学位级别:硕士
专业:电路与系统
指导教师:王厚大
2011-03
南京邮电大学硕士研究生学位论文摘要
摘要
近年来,MOS 器件小尺寸效应的建模与仿真技术日趋得到了学者们的广泛重视。其中,
短沟道效应、窄沟道/反向窄沟道效应成为研究的重点,但现有的一维和二维模型难以准确表
述它们之间相互耦合的关系,有必要进行三维建模。
本文首先基于求解三维泊松方程,建立了小尺寸 MOS 器件的三维表面势场分布的解析
模型。该模型能够很好体现深亚微米和纳米 MOS 器件的三维小尺寸效应。进而结合解析模
型和三维半导体器件仿真软件,深入研究了器件结构参数和外加偏置电压对表面势场分布的
影响,模拟结果和解析结果的一致性证实了模型的正确性。
然后,建立了一个新的小尺寸 MOS 器件的阈值电压模型,并借助该模型和三维半导体
器件仿真工具,研究了小尺寸 MOS 器件的短沟道效应、窄沟道效应和反向窄沟道效应,以
及它们之间的耦合效应,并讨论了窄沟道效应和反向窄沟道效应的临界条件,以及模型在大
尺寸器件中的适用性。此外,还考虑了漏电压的影响,并对阈值电压的解析模型进行了修正,
重点研究了漏致势垒降低效应(DIBL)。三维半导体仿真软件的数值模拟和模型的解析结果
吻合良好,证实了模型的正确性和准确性。
本文所建立的小尺寸 MOS 器件的三维表面势场分布模型和阈值电压模型,不仅能够反
映短沟道效应,也能够反映窄沟道/反向窄沟道效应,还能够体现它们之间的耦合作用,不但
适用于小尺寸器件,而且适用于大尺寸器件,是一个理想的统一模型。

关键词:表面电势,阈值电压,短沟道效应,反向窄沟道效应,漏致势垒降低效应

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南京邮电大学硕士研究生学位论文 ABSTRACT
ABSTRACT
In recent years, the modeling and simulation technologies of the small geometry effects in MOS
transistors have received extensive attention. The most important small geometric effects include
the short channel effect, narrow channel effect and inverse-narrow-width-effect. The 1-D and 2-D
models reported in arts, however, lack of the capability to characterize the coupling effects among
them, and thus a new 3-D modeling technique is proposed in this thesis.
Based on solving the 3-D Poisson’s equation, a 3-D analytical model to calculate the surface
potential and electric field distributions of the MOS transistors have been proposed, which offer the
capability to characterize the 3-D effects of the deep sub-micron and nano MOS transistors. Then,
the impacts of the device structure parameters and the bias voltage on the surface potential and
surface electric field are studied in detail by the model and Silvaco---a semiconductor device . A fair
agreement between the numerical and analytical results proves the accuracy of the proposed model.
Based on the above surface potential model, a new unified analytical model for the thresho