雙柵CMOS核心模型研究成果發表 納器件物理和電路模型取得新進展

雙柵CMOS核心模型研究成果發表 納器件物理和電路模型取得新進展

來源：中國半導體行業協會 作者： 時間：2008-04-25 08:00

    　　北京大學教授何進博士率領的納太器件和電路研究組在國家自然科學基金和留學回國人員科研啟動基金支持下，最近在納米CMOS器件物理和集成電路仿真模型領域又取得重要突破，其研究成果「雙柵CMOS器件核心模型」在國際電子電氣工程師協會（IEEE）相關領域最權威的學術期刊《電子器件雜誌，IEEE Trans. Electron Devices》2008年3月刊上發表。這是該研究組在該權威期刊上繼2006年在「先進模型和45納米模型挑戰」專輯（Special issue on advanced compact models and 45-nm modeling challenging上發表」納米CMOS器件物理基本解」和「MOS器件量子效應模擬」兩篇重要論文及2007年在「納電子器件模型和模擬專輯（Special issue on advanced compact models and 45-nm modeling challenging)上發表「納米環柵CMOS 器件模型基本解」研究論文後，在微納電子器件和集成電路模型領域取得的又一最新進展。
    
    　　雙柵場效應電晶體（DG MOSFET）一直被業界認為最有可能替代傳統平面體矽CMOS器件結構而在22nm及其以下技術節點被工業界採用。相比於傳統的體矽場效應電晶體，雙柵CMOS具有良好的亞域特性、更高的溝道載流子遷移率、更強的柵控能力。但是由於其前柵與背柵之間的耦合作用，體內載流子同時受兩個柵控制，器件在工作時能夠出現獨特的「體反型」效應。同時，雙柵CMOS因為必須採用超薄矽膜（Ultra-thin-body: UTB）結構才能發揮自己的優點，此時的微觀量子電荷厚度已經可以與薄矽膜相比，因此體矽器件理論和建模中常被使用的片電荷分布假設不再能夠描述其溝道內的載流子分布。雙柵場效應電晶體另外一個獨特的性質是前後柵可以獨立（indepednet）或者非獨立(common)地控制，這樣給電路設計者提供非常大的設計空間。另外前後柵使用的柵氧厚度、柵材料（symmetric or asymmetric）也可以獨立選擇，極大地增強了其設計的靈活性。由此，一個實用的器件模型必須同時包含這些不同的工作模式及應用於這些不同的器件結構。
    
    　　雖然近年來研究人員已經發展出一系列雙柵CMOS模型，能夠準確的描述GCA近似下雙柵場效應電晶體溝道內的電勢電場分布，但是到目前為止並沒有得到一個嚴格的基於物理推導的雙柵CMOS電流表達式，而這樣一個電流模型是發展雙柵電路仿真模型最核心的部分。何進博士小組最近發表的這樣一套雙柵器件模型能夠適用於多種工作模式（symmetric, asymmetric, independent, common-control）及多種器件結構（SOI, FinFET, Trigate FET）。該模型不但很好地描述了非摻雜雙柵場效應電晶體在任意結構和偏置條件下溝道內的電勢、電場及載流子分布，並且首次得到了能夠使用於各種工作模式及工作區域的電流解析模型。這個電流表達式完全基於基本的器件物理，在各個工作區域間自然連續而不需要人為的平滑函數，該研究成果必將帶動雙柵CMOS場效應電晶體器件物理的研究發展和促進雙柵CMOS電路模型的實際應用。
    
    　　何進博士於2005年9月從美國加州大學BERKELEY分校歸國後被北京大學聘為教授，在北京大學和有關基金的支持下，迅速建立了納米和太赫茲器件和電路研究室（TSRC）。近年來，他在國際重要期刊上發表了70餘篇SCI論文，近150篇EI論文。更難得的是，在權威的IEEE期刊上就發表了10餘篇第一作者論文，引起國際學術界的重視和注目。何進博士小組主要從事納米CMOS器件新結構和電路模型，非傳統納米CMOS器件物理和傳輸機理的研究工作。