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基于半解析法MOSFET寄生电容的研究

作　者: 王敏
导　师: 柯导明
学　校: 安徽大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 半解析法高k栅寄生电容
分类号: TN386
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

MOSFET非本征部分产生寄生电容会影响器件的性能,如何降低寄生电容的大小,一直是国内外学者的研究热点。集成电路的集成度一直遵循摩尔定律,器件特征尺寸的不断缩小要求MOSFET的栅氧化层厚度越来越薄,因为薄栅氧化层厚度能改善器件的特性并能有效抑制短沟道效应。但是超薄栅氧化层厚度会产生栅极泄漏电流,并且寄生电容并不随器件尺寸的减小而成比例减小,因此必须用低漏电流且物理厚度大的高K栅材料代替二氧化硅作为栅介质。以往求解寄生电容的模型,用保角变换的方法和数值法只能求解普通栅MOSFET的寄生电容,将结果直接应用到高K栅MOSFET中,必须要添加修正因子才能与仿真结果一致。半解析法是将解析法和数值法结合的一种计算方法,既能像解析法得到准确的表达式,也能像数值法灵活处理复杂的边界条件。本文使用的半解析法是解析法中的分离变量法和数值法中的矩形等效源法的结合。本文首先用矩形等效源法简化MOSFET的物理模型,得到不含任何近似的栅源电势定解问题。然后采用分离变量法求解电势,用特征函数展开法求解电势表达式中的未知系数。再根据高斯定理得到电荷,继而求出寄生电容和本征电容的表达式。最后是对模型的验证和讨论,研究结果显示,减小源区长度和栅电极厚度可以减小寄生电容,栅氧化层厚底的减小会使寄生电容增加,寄生电容随着栅介电常数的增加而减小,寄生电容几乎不随沟道长度的变化而变化。因此,器件设计者可以根据计算结果选择最合适的器件参数,设计出满足需要的最小寄生电容的MOS器件。本文提出的半解析法求解MOSFET寄生电容的过程,没有使用任何近似,得到的是含有器件参数的电容解析表达式,因此可直接用于器件设计和电路模拟程序中。本模型求解寄生电容时精度高、运算量小,不仅能求解普通栅MOSFET的寄生电容,对高K栅MOSFET同样适用。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-15
  1.1 MOSFET  8-12
    1.1.1 MOSFET简介  8-10
    1.1.2 MOSFET分类  10-11
    1.1.3 MOSFET电容  11-12
  1.2 本课题研究现状  12-13
  1.3 本文所做工作  13-15
第二章寄生电容的求解方法  15-21
  2.1 解析计算方法  15-18
    2.1.1 解析法定义  15
    2.1.2 解析法解题步骤  15-18
    2.1.3 解析计算的优缺点  18
  2.2 数值计算方法  18-21
    2.2.1 数值计算的定义  19
    2.2.2 数值计算的特点  19-20
    2.2.3 数值计算的优缺点  20-21
第三章半解析法求寄生电容  21-37
  3.1 半解析法  21
  3.2 模型及方程的建立  21-25
    3.2.1 寄生电容的物理模型  21-23
    3.2.2 建立栅-源定解问题  23-25
  3.3 定解问题的求解  25-32
    3.3.1 电势分布函数的求解  25-27
    3.3.2 求解待定系数  27-32
  3.4 寄生电容的求解  32-37
    3.4.1 电荷的计算  32-34
    3.4.2 求寄生电容  34-37
第四章模型验证与讨论  37-51
  4.1 电势分布图  37-38
  4.2 普通MOSFET寄生电容  38-44
  4.3 高K栅MOSFET寄生电容  44-51
第五章总结  51-53
参考文献(References)  53-56
致谢  56-57
攻读学位期间发表的学术论文目录  57

基于半解析法MOSFET寄生电容的研究

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