新型隧穿晶体管及半浮栅动态存储器的设计与仿真

发布时间：2017-05-11 22:09

  本文关键词：新型隧穿晶体管及半浮栅动态存储器的设计与仿真，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着器件尺寸的不断缩小以及集成电路中晶体管密度的不断增加,针对新型小尺寸器件的设计和研究也变得更为重要,其中隧穿型晶体管作为低亚阈值摆幅、低功耗的新型器件之一,近年来得到了广泛的关注。本论文通过设计了几种新型的器件结构,使隧穿型晶体管的性能得到优化,并研究了隧穿晶体管在新型半浮栅存储器件中的应用。本文第一部分主要设计并研究了具有U型沟道以及SiGe异质结结构的新型隧穿晶体管。由于隧穿晶体管与普通MOS器件相比,主要缺陷在于其开启电流较低,该部分设计了一种凹陷型的U型沟道增大了TFET的线性隧穿电流,从而达到了增大器件开态总电流的目的。此外,在源极区域使用窄禁带的锗硅材料代替硅材料,可以减小隧穿距离,增大隧穿电流,随后又通过在SiGe源区下方加入delta叠层结构,使得隧穿电流得到了进一步的增大,使得该种结构的性能可以和普通MOS管相比拟。另外,文中还分别研究了U型TFET和平面型TFET尺寸缩小过程对其性能的影响,由于U型沟道可以增大器件的有效沟道长度,与平面型器件相比具有更好的尺寸微缩前景。本文第二部分主要研究了由隧穿晶体管组成的新型半浮栅存储器件,以及一种具有U型沟道的改进型结构。半浮栅存储器件通过在半浮栅MOS中内嵌一个TFET器件,可以在小面积、低功耗的情况下实现存储单元的读写功能,操作电压与普通DRAM相比也可以得到降低。文中还通过将浮栅下方的水平沟道改进为凹陷U型,改善了小尺寸时器件的短沟道效应,使器件尺寸可以得到进一步的缩小。文中还通过仿真对该存储器件操作时的电学原理进行分析,并通过对比U型沟道器件与平面器件随着尺寸减小时电学性能的变化,体现出U型沟道所带来的的优势。文中提出了两种对U型半浮栅器件的优化方法,其一是通过在漏区下方加入高掺杂层来减小保“1”状态保持时的漏电,其二是通过沟道局部注入对浮栅MOS的阈值电压进行调节,从而对“0”“1”态读取电流进行调整。本论文中的工作均采用TCAD软件仿真完成,隧穿模型选择了新的动态非局域隧穿模型,隧穿电流计算更为准确,且模型中的参数均经过了校准。
【关键词】：隧穿晶体管 半浮栅 存储器 凹陷型沟道 异质结 低功耗
【学位授予单位】：复旦大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 第一章 绪论8-22
• 1.1 摩尔定律以及新型器件的发展8-13
• 1.2 隧穿场效应晶体管介绍13-19
• 1.2.1 TFET的基本结构及工作原理13-15
• 1.2.2 TFET器件的隧穿机理15-16
• 1.2.3 新型TFET器件16-19
• 1.3 TCAD仿真工具及模型19-22
• 第二章 新型U型TFET的设计与仿真22-43
• 2.1 引言22
• 2.2 U型TFET的结构以及工作原理22-29
• 2.2.1 直接带间隧穿与间接带间隧穿22-24
• 2.2.2 量子局限效应及其他模型24-25
• 2.2.3 点隧穿和线性隧穿25-27
• 2.2.4 Si-UTFET的基本结构27-28
• 2.2.5 Si-UTFET的工作原理28-29
• 2.3 Si-UTFET的电学性能及参数影响29-33
• 2.3.1 Si-UTFET的电学性能29-30
• 2.3.2 源区掺杂浓度对性能的影响30-31
• 2.3.3 源区深度对性能的影响31-32
• 2.3.4 U型栅深度对性能的影响32-33
• 2.4 SiGe-UTFET以及含delta层的的UTFET33-40
• 2.4.0 SiGe-UTFET的电学性能33-35
• 2.4.1 含delta层的SiGe-UTFET的基本结构35-37
• 2.4.2 几种结构的电学性能比较37-40
• 2.5 U型TFET的工艺流程设计40-41
• 2.6 小结41-43
• 第三章 新型U型半浮栅晶体管的设计与仿真43-60
• 3.1 引言43-48
• 3.1.1 存储器简介43-44
• 3.1.2 半浮栅晶体管简介44-48
• 3.2 U型半浮栅晶体管存储器的基本结构和工作原理48-52
• 3.2.1 U型半浮栅晶体管的基本结构48
• 3.2.2 U型半浮栅晶体管的基本工作原理48-52
• 3.3 U-SFGT的功能仿真及验证52
• 3.4 U-SFGT的改进方法52-55
• 3.4.1 高掺杂埋层注入52-54
• 3.4.2 沟道局部注入54-55
• 3.5 U型结构的优势分析55-58
• 3.6 小结58-60
• 第四章 总结与展望60-62
• 参考文献62-68
• 致谢68-69
• 硕士期间发表论文和专利69-71

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本文编号：358170