电阻栅MOSFET及其应用

介绍了ＲＧＭＯＳＦＥＴ的基本原理，以及它的器件结构和伏安特性，提出了它的互补结构，分析其输出特性，并简单介绍了其应用前景。     

集成电路中的MOSFET栅控电阻

工作在非饱和区的MOSFET实际上是一个电压控制电阻,它不仅准确且连续可调.在分析MOSFET栅控电阻的线性特性基础上,通过使用差动运算电路,可抵消掉非线性偶次项;施加适当衬底偏压,可使非线性高次项明显减小.对于兆欧级有源电阻,设计中采用等沟道长度单元MOSFET串联和交叉布局的平衡结构,保证工艺一致.由此制得了线性好、动态范围宽、可调范围大的兆欧级有源电阻.     

双栅MOSFET的物理模型

双栅MOSFET是近年来发展起来的很有前途的新器件.由于它具有频率高、增益可控、低噪声和低反馈电容等优点,所以广泛的用于甚高频和超高频电路中.例如,放大器、振荡器、混频器、调制和解调器等.     

超低比导通电阻SOI双栅槽型MOSFET

本文提出了超低比导通电阻(Ron,sp) SOI双栅槽型MOSFET(DG Trench MOSFET)。此MOSFET的特点是拥有双栅和一个氧化物槽：氧化物槽位于漂移区,一个槽栅嵌入氧化物槽,另一个槽栅延伸到埋氧层。首先,双栅依靠形成双导电沟道来减小Ron,sp;其次,氧化物槽不仅折叠漂移区,而且调制电场,从而减小元胞尺寸,增大击穿电压。当DG Trench MOSFET的半个元胞尺寸为3μm时,它的击穿电压为93V,Ron,sp为51.8mΩ?mm2。与SOI单栅MOSFET(SG MOSFET)和SOI单栅槽型MOSFET(SG Trench MOSFET)相比,在相同的BV下,DG Trench MOSFET的Ron,sp分别地降低了63.3%和33.8%。     

考虑量子效应的双栅MOSFET的阈电压解析建模

推导了双栅MOSFET器件在深度方向上薛定谔方程的解析解以求得电子密度和阈电压.该解析解考虑了任意深度情况下沟道中深度方向上电势的不均匀分布,结果与数值模拟吻合.给出了电子密度的隐式表达式和阈电压的显式表达式,它们都充分考虑了量子力学效应.模型显示,在亚阈值区或者弱反型区,电子密度随深度增加而增加;然而,在强反型区,它与深度无关,这与数值模拟的结果吻合.结果进一步显示,只考虑方形势阱的量子力学结果,略高估计了阈电压,且低估了电子密度.误差随着深度的增加或者栅氧厚度的减少而增加.     

复合型栅氧化层薄膜双栅MOSFET研究

通过对硅膜中最低电位点电位的修正,得到复合型栅氧化层薄膜双栅MOSFET亚阈值电流模型以及阈值电压模型。利用MEDICI软件,针对薄膜双栅MOSFET,对四种复合型栅氧化层结构DIDG MOSFET(Dual insulator double gate MOSFET)进行了仿真。通过仿真可知:在复合型结构中,随着介电常数差值的增大,薄膜双栅器件的短沟道效应和热载流子效应得到更有效的抑制,同时击穿特性也得到改善。此外在亚阈值区中,亚阈值斜率也可以通过栅氧化层设计进行优化,复合型结构器件的亚阈值斜率更小,性能更优越。     

双栅MOSFET的研究与发展

具有特殊结构的双栅ＭＯＳＦＥＴ是一种高速度、低功耗ＭＯＳＦＥＴ器件,符合未来集成电路发展的方向。文章介绍了多种双栅ＭＯＳＦＥＴ的结构、优点,以及近年来国内外对双栅ＭＯＳＦＥＴ的研究成果。     

双栅MOSFET高频特性的实验研究

设计制作了不同沟道长度、栅材料以及栅电极构形的各种双栅MOSFET。通过实验全面研究了设计和工艺参数对器件高频特性的影响,阐明了双栅MOSFET的高频设计思想,给出了全离子注入高频低噪声工艺。有效沟道长度为1μm的超高频双栅MOSFET在900MHz下功率增益为17dB,有效沟道长度为1.5μm的甚高频器件在200MHz下功率增益为23dB.     

双栅MOSFET’S的短沟道效应

为进一步提高双栅MOS场效应晶体管(DGMOSFET’S)的频率和开关特性,其中最有效的办法就是缩短沟道长度.但随沟道长度的缩短,阈电压和击穿电压相应降低,即所谓短沟道效应.本文着重阐明和分析了造成短沟道效应的原因,并定量的推导了短沟道效应的关系式.     

VHF高压双栅功率MOSFET的研制

采用硅栅结构的自对准离子注入工艺,研制成功了源漏击穿电压ＢＶＤＳ为１２０Ｖ、输出功率５．１Ｗ、功率增益８ｄＢ、跨导６５０ｍＳ、截止频率ｆＴ为２７０ＭＨｚ的高压双栅功率ＭＯＳＦＥＴ器件。介绍了器件结构参数和工艺参数的设计,给出了计算机数值分析结果。     

一种新型全耗尽双栅MOSFET

提出一种新型全耗尽双栅MOSFET,该器件具有异质栅和LDD结构.异质栅由主栅和两个侧栅组成,分区控制器件的沟道表面势垒.通过Tsuprem-4工艺模拟和Medici器件模拟验证表明,与普通双栅全耗尽SOI相比,该器件获得了更好的开态/关态电流比和亚阈值斜率.在0.18μm工艺下,开态/关态电流比约为1010,亚阈值斜率接近60mV/dec.     

通用薄膜双栅SOI MOSFET电流模型

本文利用薄膜双栅ＳＯＩ器件在阈值电压附近硅膜中的常电位近似，得到一个通用的薄膜双栅ＳＯＩ器件电流模型．数值模拟结果与实验值吻合较好．文中特别对其它模型所不适用的正背栅具有不同参数的双栅ＳＯＩ器件进行了源漏电流的模拟，并对结果进行了分析．     

一种新型全耗尽双栅MOSFET

提出一种新型全耗尽双栅MOSFET,该器件具有异质栅和LDD结构.异质栅由主栅和两个侧栅组成,分区控制器件的沟道表面势垒.通过Tsuprem-4工艺模拟和Medici器件模拟验证表明,与普通双栅全耗尽SOI相比,该器件获得了更好的开态/关态电流比和亚阈值斜率.在0.18μm工艺下,开态/关态电流比约为1010,亚阈值斜率接近60mV/dec.     

双栅GaAsMESFET串联电阻的测量方法

本文在单栅GaAsMESFET串联电阻测量方法的基础之上,对双栅GaAsMESFET的串联电阻进行了分析,推导出双栅GaAsMESFET串联电阻的数学解析式,并给出了测量串联电阻的方法,用它对实际器件做了测量。     

考虑量子效应的超薄体双栅肖特基源漏MOSFET电流解析模型

推导了超薄体双栅肖特基势垒MOSFET器件的漏电流模型,模型中考虑了势垒高度变化和载流子束缚效应.利用三角势垒近似求解薛定谔方程,得到的载流子密度和空间电荷密度一起用来得到量子束缚效应.由于量子束缚效应的存在,第一个子带高于导带底,这等效于禁带变宽.因此源漏端的势垒高度提高,载流子密度降低,漏电流降低.以前的模型仅考虑由于镜像力导致的肖特基势垒降低,因而不能准确表示漏电流.包含量子束缚效应的漏电流模型克服了这些缺陷.结果表明,较小的非负肖特基势垒,甚至零势垒高度,也存在隧穿电流.二维器件模拟器Silvaco得到的结果和模型结果吻合得很好.     

超深亚微米自对准平面双栅MOSFET假栅的制作

进入超深亚微米领域以后,传统CMOS器件遇到了器件物理、工艺技术等方面难以逾越的障碍.普遍认为,必须引入新结构和新材料来延长摩尔定律的寿命.其中,双栅CMOS被认为是新结构中的首选.在制作平面型双栅MOS器件中,采用自对准假栅结构,利用UHV外延得到有源区(S、D、G),是一种制作自对准双栅MOSFET的有效手段.文章详细研究了一种假栅制作技术.采用电子束曝光,结合胶的灰化技术,得到了线宽为50 nm的胶图形,并用RIE刻蚀五层介质的方法,得到了栅长仅为50 nm的自对准假栅结构.     

考虑量子效应的超薄体双栅肖特基源漏MOSFET电流解析模型

推导了超薄体双栅肖特基势垒MOSFET器件的漏电流模型,模型中考虑了势垒高度变化和载流子束缚效应.利用三角势垒近似求解薛定谔方程,得到的载流子密度和空间电荷密度一起用来得到量子束缚效应.由于量子束缚效应的存在,第一个子带高于导带底,这等效于禁带变宽.因此源漏端的势垒高度提高,载流子密度降低,漏电流降低.以前的模型仅考虑由于镜像力导致的肖特基势垒降低,因而不能准确表示漏电流.包含量子束缚效应的漏电流模型克服了这些缺陷.结果表明,较小的非负肖特基势垒,甚至零势垒高度,也存在隧穿电流.二维器件模拟器Silvaco得到的结果和模型结果吻合得很好.     

双栅肖特基源漏MOSFET的阈值电压模型

通过求解泊松方程得到了双栅肖特基势垒MOSFET的解析模型. 这个解析模型包括整个沟道的准二维电势分布和适用于短沟双栅肖特基势垒MOSFET的阈值电压模型.数值模拟器ISE DESSIS验证了模型结果.     

双掺杂多晶Si栅MOSFET的截止频率研究

在前期对双掺杂多晶Si栅(DDPG)LDMOSFET的电场、阈值电压、电容等特性所作分析的基础上,仍然采用双掺杂多晶Si栅结构,以低掺杂漏/源MOS(LDDMOS)为基础,重点研究了DDPG-LDDMOSFET的截止频率特性.通过MEDICI软件,模拟了栅长、栅氧化层厚度、源漏区结深、衬底掺杂浓度以及温度等关键参数对器件截止频率的影响,并与相同条件下P型单掺杂多晶Si栅(p-SDPG)MOSFET的频率特性进行了比较.仿真结果发现,在栅长90 nm、栅氧厚度2 nm,栅极P,n掺杂浓度均为5×1019cm-3条件下,截止频率由78.74 GHz提高到106.92 GHz,幅度高达35.8%.此结构很好地改善了MOSFET的频率性能,得出的结论对于结构的设计制作和性能优化具有一定的指导作用,在射频领域有很好的应用前景.     

双栅掺杂隔离肖特基MOSFET的解析模型

通过考虑肖特基势垒降低效应求解三段连续的二维泊松方程,建立了双栅掺杂隔离肖特基MOSFET亚阈值区全沟道连续的电势模型。在该电势模型的基础上,推导了阈值电压模型和漏致势垒降低效应的表达式;研究了掺杂隔离区域不同掺杂浓度下的沟道电势分布,分析了沟道长度和厚度对短沟道效应的影响。结果表明,掺杂隔离区域能改善肖特基MOSFET的电学特性;对于短沟道双栅掺杂隔离肖特基MOSFET,适当减小沟道宽度能有效抑制短沟道效应。