铁电负电容晶体管的仿真和研究

发布时间：2022-12-07 04:28

　　铁电负电容晶体管的亚阈值斜率可低于60mV/dec的理论极限,是未来突破晶体管工作电压V_DD和功耗的关键技术之一。自2008年铁电负电容晶体管的概念被提出以来,该晶体管因简单的器件结构和优异的电学性能而一直受到业界学者的广泛关注。相比传统晶体管,负电容晶体管应用于低功耗电路具有两大优势:（1）亚阈值斜率可低于60mV/dec,降低电路工作电压的同时开关电流比不下降,静态泄露电流不增加;（2）器件尺寸更小,减小电路面积。然而,这种基于具有负电容特性铁电材料的晶体管,目前仍面临负电容的不稳定性、铁电翻转对其性能的影响、精确模型欠缺等一系列问题。首先,本文研究分析了负电容的物理机理和数学模型,利用TCAD软件仿真了铁电负电容的瞬态响应,研究了铁电材料种类和参数对器件性能的影响。另外,本文通过仿真测定了负电容的滞回曲线,可以使用该曲线和实验数据拟合得到精确的负电容模型参数。其次,本文还研究设计了一种双栅铁电负电容晶体管器件,利用Sentaurus生成了该器件的三维结构,并仿真与研究了其电学性能,仿真结果证实在双栅负电容晶体管沟道长度为40nm时,铁电电容与氧化层电容的叠栅... 

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 负电容晶体管研究背景与意义
    1.2 负电容晶体管的研究热点及现状
        1.2.1 负电容晶体管的电学性能仿真
        1.2.2 铁电负电容晶体管的工艺集成研究进展
        1.2.3 铁电材料研究进展
    1.3 本文的主要研究内容安排
第二章 铁电负电容物理机理研究
    2.1 铁电体
    2.2 铁电体的自发极化
    2.3 铁电体的电滞回线
    2.4 铁电负电容的LGD物理模型
    2.5 铁电负电容的混合仿真
        2.5.1 铁电负电容现象的仿真
        2.5.2 铁电负电容观测与脉冲电压幅值的关系
        2.5.3 铁电负电容观测与串联电阻阻值的关系
        2.5.4 铁电负电容滞回曲线与内耗电阻ρ的关系
    2.6 本章小结
第三章 双栅负电容晶体管的器件研究
    3.1 传统双栅晶体管的基本结构
    3.2 传统双栅晶体管的转移特性
    3.3 双栅铁电负电容晶体管的基本结构
    3.4 双栅铁电负电容晶体管的转移特性
    3.5 双栅铁电负电容晶体管的亚阈值摆幅
    3.6 本章小结
第四章 SOI负电容晶体管的建模和仿真
    4.1 SOI晶体管器件结构与性能
    4.2 负电容材料的选取
    4.3 负电容晶体管设计中电容匹配理论
    4.4 SOI基体晶体管、铁电层电容和氧化层电容
    4.5 铁电电容厚度对SOI负电容晶体管性能的影响
    4.6 氧化层厚度对SOI负电容晶体管性能的影响
    4.7 SOI负电容晶体管的亚阈值摆幅和电压放大作用
    4.8 本章小结
第五章 全文总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]超低功耗集成电路技术[J]. 张兴,杜刚,王源,刘晓彦.  中国科学:信息科学. 2012(12)

博士论文
[1]纳米围栅MOSFET器件研究[D]. 李聪.西安电子科技大学 2011

硕士论文
[1]负电容PZT铁电场效应晶体管的物理模型与性能优化[D]. 王江.湘潭大学 2017
[2]Si掺杂HfO2铁电薄膜的可靠性研究[D]. 关燕.大连理工大学 2016
[3]SOC低功耗物理设计中电源网络分析与研究[D]. 姜龙.南京理工大学 2013



本文编号：3712233