Dandan, Wang Jun, Wang Lin

(École d'ingénierie de l'information, du Sud-Ouest Université des sciences et de la technologie, Mianyang 621010, Chine)

(MOSFET) structure du dispositif, l'équation de diffusion-dérive départ de base sur la base de transistor champ à semi-conducteur d'oxyde métallique nanométrique de l'effet, les modèles actuels de drainage ont été établies région de sous-seuil et la grille du modèle actuel. Dans lequel la dépendance de polarisation de la fréquence sur explicitement incorporé dans le modèle. Analyse trouvé par comparaison de la région de drain de courant modèle de sous-seuil est réduite de la faisabilité, et à suivre le courant de grille ayant une dépendance en fréquence. Bien que les résultats de simulation et d'expérimentation du modèle ont été comparés pour vérifier l'exactitude du modèle.

transistor à effet de champ à oxyde métallique à l'échelle nanométrique, région sous-seuil, le courant de drain; un courant de gâchette, la dépendance de fréquence

TN386.1

Code de document: A

10,16157 / j.issn.0258-7998.2016.12.004

format de citation chinois: Dandan, Wang, Wang Lin. Modèle caractéristique courant subliminale nanométrique MOSFET Technologie électronique, 2016,42 (12): 19-22,26.

Anglais format de citation: Wang Dandan, Wang Jun, Wang Lin. Modèle A des caractéristiques actuelles subliminales pour le MOSFET nanométrique .Application Technique électronique, 2016,42 (12): 19-22,26.

0 introduction

demande IC pour l'intégration élevée, une faible consommation d'énergie et la fréquence de fonctionnement continue d'augmenter, ce qui rend le développement continu de la technologie CMOS. Cependant, la conception du produit, le courant de drain et du courant de grille en tant que DC paramètres de l'appareil MOS importante, la modélisation et de simulation dispositif est difficile et le noyau, tout en étant capable de prédire avec précision les caractéristiques physiques du modèle mathématique du courant à haute fréquence est également MOSFET essentiel .

À l'heure actuelle autour d'améliorer les performances de la nano-MOSFET, étude de modèle physique est devenu une recherche à chaud à l'étranger, où le modèle actuel est une caractéristique d'un dispositif MOSFET et l'analyse du circuit de courant continu, une base importante pour l'analyse petit signal AC, analyse du bruit, etc. . Cependant, les caractéristiques du dispositif du modèle rapporté dans la littérature, principalement axée sur la région de drain anti-MOSFET de courant continu forte, la conductivité, la recherche de charge intrinsèque et la capacité intrinsèque de , région subliminale pour le courant de drain et la grille des études en cours ont rarement rapporté. Document modèle proposé courant conventionnel de fuite à long canal, a révélé une forte zone de loi carrée inverse les caractéristiques de courant de fuite, mais l'absence d'études de la région sous-seuil. Document représente une grille classique de transistor MOS à canal à long modèle actuel est dérivé, mais avec le dispositif dans l'échelle nanométrique, la fréquence de fonctionnement augmente au-dessus gigahertz, ne peut pas décrire avec précision toutes les nouvelles caractéristiques apparaissent et décrire le électrique il y a toujours exister entre la fonction n'est pas auto-cohérent.

Sur la base de la région périphérique de sous-seuil, ici, l'établissement d'un courant de drain du MOSFET nanométrique de modèle et le modèle actuel porte, tout en améliorant le dispositif actuel modèle de dépendance de polarisation de fréquence pour tenir compte des caractéristiques de courant du dispositif. Pour la région subliminale du modèle actuel, basé sur la charge d'inversion de la région subliminale, plutôt que le concept traditionnel de l'épaisseur de canal effective d'environ, améliorant ainsi la précision du modèle. Bien que les résultats de simulation avec les résultats expérimentaux du modèle ont été comparés pour vérifier l'exactitude du modèle. L'analyse des MOSFET nanométrique de modèle et de conception fournit une équation de référence, caractéristique dérivée d'E / V est plus facile à élever le niveau d'abstraction le niveau physique à l'étage de circuit de l'appareil est.

1 Modèle actuel

La figure 1 est une vue schématique d'un NMOSFET à l'échelle nanométrique, dans lequel le modèle de charge utilisé. Egoutter circuits nanométriques caractéristiques de courant et de courant grille modèle et les dispositifs d'analyse NMOSFET DC, basé sur des échanges d'analyse de petite signal important, l'analyse du bruit ou analogue, il est donc nécessaire d'analyser les courants nMOSFET Caractéristiques des dispositifs à l'échelle nanométrique.

1,1 courant de drain

Dispositifs basés sur le mouvement aléatoire des transporteurs, l'utilisation de la théorie de la diffusion de la dérive, des dispositifs à l'échelle nanométrique MOSFET courant de drain peuvent être exprimés en:

Dans lequel aN est le taux d'ionisation par impact, Qi (x) par unité de surface de la couche d'inversion de dispositif nombre de charge, V (x) est appliquée à la tension x points, Vth est la tension thermique, W est la largeur du canal, un en tant que supports mobilité, Dn est le coefficient de diffusion, Dn = UNKT / q. Lors de l'utilisation de la région de forte inversion (tension de grille supérieure à la tension de seuil, Vgs > La VT), le courant de dérive pour le dispositif par rapport au canal, le courant de diffusion à l'heure actuelle peut être ignorée, le courant total dans le courant de dérive est dominant, à savoir Ids = IDS1. Cependant, la diminution de VGS, et nous continuons à réduire le courant de fuite, lorsque Vgs est inférieur ou proche de la VT VT, I / caractéristiques V du dispositif MOSFET nanométrique changé de façon exponentielle de la loi carrée, le courant à ce moment est appelé sous courant de seuil. Lors de l'utilisation dans la région inférieure au seuil, la barrière de potentiel de la surface de la mobilité des porteurs mobile inférieur, le courant de canal principal à la diffusion de courant , à savoir:

Lors de l'utilisation dans la région inférieure au seuil, la concentration de charge de la couche d'inversion et la concentration de charge de la couche d'appauvrissement est négligeable par rapport à la source à la borne de drain du potentiel de surface peut être considérée comme constante , peut être obtenu par résolution de l'équation de Poisson le potentiel de surface de l'expression est la suivante:

Dans lequel, si est une constante diélectrique du silicium, Nsub est la concentration de dopage du substrat, Cox est la capacité d'oxyde de grille. Déterminé par le potentiel de surface de la surface peut en outre nombre de charge de la couche d'inversion de canal d'unités de:

Dans lequel, VGT = VGS-VT surcharger une grille, Voff est la tension de décalage.

Dans les formules ci-dessus peuvent être dérivées nanométrique MOSFET subliminale fuite de courant:

actuelle porte 1.2

courant de grille de détection est généré par les fluctuations du potentiel dans le canal par couplage de la capacité de grille, ce qui provoque une plaque de grille courant de bruit. 1, le courant de bruit de porte induite peut être exprimée en :

2 Résultats et analyse

Pour vérifier MOSFET nanométrique ici établi l'exactitude de fuite sous le seuil du modèle courant et la grille modèle courant induit est d'abord monté après la génération de paramètres de modèle en utilisant la simulation de MATLAB, et les résultats de la simulation sont comparés avec les résultats expérimentaux pour vérifier la précision du modèle, tandis que le dispositif d'analyse des caractéristiques de courant dans des conditions différentes de polarisation.

Caractéristiques de sortie représentés sur la figure sous le seuil courbe nanométrique MOSFET 2. Comme on peut le voir sur la figure, la courbe 1, la courbe 2 et 3 sont des courbes de la polarisation de grille Vgs = 0,15 V, la courbe caractéristique de sortie Vgs = 0,2 V et Vgs = 0,25 V. Lorsque Vds est faible, le courant de drain Ids augmente avec Vds augmente rapidement, une pente plus grande de la courbe caractéristique de sortie. Dans certaines conditions avec les Vds de polarisation de grille augmente, le courant de drain commence la saturation, en raison de la présence de la région de sous-seuil de la couche d'inversion de gradient de concentration de porteurs de canal près de l'extrémité de source du haut, bas et à proximité de la borne de drain, le courant de diffusion de courant sur la base.

3 est une courbe caractéristique de la région de sous-seuil,. La figure 3 MOSFET de transfert (a) est une échelle linéaire,. La figure 3 (b) est un semi-logarithmique. 130 nm et 40 nm analyse comparative courant de drain du MOSFET peut être vu sur la figure, la région de sous-seuil, et faible courant de fuite avec la diminution de Vgs, ce qui est une forte baisse de la valeur exponentielle, le courant de fuite en raison de la sous-seuil la différence de charge concentration diffusion de courant est dominé par les extrémités de source et de drain de la décision, la région de sous-seuil et la source Vgs concentration de charge de façon exponentielle, et donc la fuite de courant Vgs relation exponentielle, avec une forte dépendance de polarisation. Les résultats de la simulation concordent bien avec les résultats expérimentaux prouvent l'exactitude du modèle, mais montre aussi la proportion de papier comme la réduction de la faisabilité du modèle courant de fuite.

. La figure 4 est une grille de transistor MOSFET de sous-seuil induite courbe de courant avec de polarisation de grille, la figure 4 (a) est une échelle linéaire,. La figure 4 (b) est un semi-logarithmique. Fig. 130 nm de 40 nm et le drain du MOSFET courant d'analyse comparative peut être vu, la plus courte du canal, l'augmentation du courant de fuite sous le seuil, l'augmentation d'une Ig Vgs augmente de façon exponentielle. En effet, la longueur du canal diminue, de sorte que la proportion de la région d'appauvrissement de source et de drain dans le canal augmente, la proportion de la couche d'inversion est réduite, améliorant ainsi la concentration intrinsèque de porteurs, la couche d'inversion canal électrons la densité augmente, tandis que Vgs est augmentée, ce qui entraîne une meilleure couche d'oxyde de champ électrique, ce qui entraîne dans le canal de fréquence de collision des effets couplage et d'augmenter les deux surfaces de l'électronique. L'analyse a révélé que, par rapport au courant de fuite de grille courant induit, Ig a l'exécution de ce qui suit.

5 est la relation entre le courant de sous-seuil par rapport à la relation de fréquence de la Fig. 5 (a) est le courant de drain varient avec la fréquence, la Fig. 5 (b) la relation entre une grille de courant varie avec la fréquence induite. Comme on le voit sur la figure, le courant de fuite dans des conditions de polarisation ayant une certaine indépendance de fréquence, et la grille induit dépendant de courant ayant une forte fréquence, est linéairement proportionnelle à la fréquence. Dans la région de sous-seuil, lorsque la fréquence augmente, le mouvement thermique des supports ont augmenté la direction longitudinale du canal, la plus évidente de l'effet de couplage et la fréquence de collision, le courant de bruit plus élevé de la grille induit, et la direction transversale, principalement par des rainures la densité d'électrons de la surface de route est déterminée.

3 Conclusion

Dans ce document, la structure physique du dispositif MOSFET nanométrique, en utilisant les principes des modèles de diffusion flottante ont été établis courant de drain de sous-seuil et une région de grille du modèle actuel. Dans lequel le modèle est introduit pour tenir compte de la dépendance en fréquence des caractéristiques de courant de polarisation du dispositif, tandis que les résultats de la simulation du modèle avec les mesures expérimentales, la précision du modèle est vérifiée. Pour le modèle actuel et la région subliminale, en fonction de la charge d'inversion de la région subliminale, plutôt que le concept traditionnel de l'épaisseur de canal effective d'environ, améliorant ainsi la précision du modèle. La faisabilité de la mise à l'échelle vers le bas le drain du modèle actuel Tableau comparatif Minya région de sous-seuil dans différentes conditions de polarisation ayant comme courant de grille ayant une dépendance de fréquence et une capacité à suivre.

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