表面有效态密度及其在MOS结构建模中的应用研究.pdfVIP

表面有效态密度及其在MOs结构建模中的应用 马玉涛 刘理天 李志坚 清华大学微电子学研究所 北京 100084 摘要:本文从载流子在 MOs结构反)II)I.层内的分布特性出发，提出了表面有效态密度 (SLEDOS:SurfaceLayerEffectiveDensity-of-States)的概念。利用表面有效态密度的概念建立 了经典理论框架和坦子力学框架内的电荷分布模型。该模兀7引入了一种高效的迭代方法，具 有较高的计算效率和很强的稳定性。在模)(q基础上，研究了址子化效应对反}j.层载流子浓度 和表面电势的影响。进而利用SLEDOS的概念建立了一个开启电压肇子化效应的修正模型。 引言 随着MOSFET向深亚微米发展，按比例缩小规律要求栅氧厚度不断减小而衬底掺杂浓度 不断增加，导致MOs结构表面电场越来越强，表面反型层载流子能级发生量子化，形成2- D电子气[[11[21-量子化效应对MOSFET反熨层载流f浓度和开启电压等特性产生显著影响 [3][41。在器件模4n中包含进41,子化效应的影响UMHAfcR- 本文利用表面有效态密度(SLEDOS)的概念，建立f包含载流子分布对表面势影响的电荷 控制模型。该模型同时适用于经典理论和4子力学理论。该模}}1引入了一种高效的迭代方法， 具有较高的计算效率和很强的稳定性，可以快速的计算出经典理论和童子力学理论 卜弱反型 区和强反型区的载流子面密度和表而电势。闪此不仅可以研究41.子化效应对载流子浓度的影 响，而且可以计算出是否包含}-子化效应两神情况 卜表面电势的差异。而后者对于超薄栅氧 化层的隧穿电流和可靠性有着重要的影响[5]本文最后利用SLEDOS建立f一个开启电压的 量子化效应修正模刑 该模top给出了与实验吻合的结果 2.表面有效态密度((SLEDOS)及电荷控制模型: 在半经典理论 卜，反型层内载流子面密度为: N,}fnz()d,一代Ek,,T一孙x代qo(,k-,TOWI,一、 (1) 其中私为导带底有效态密度，E，为费米能级，价和o(Z)为表面势和距离表面:处的 电势。 定义表面有效态密度N,a- -418- 一笙二 姿名生 、，=fN`.ex1}l-90(,k-eT0z())} (2) 窄 ︶ (3) 老 - N.,.=N.,.,..,exp}Erk+,T4O,-一 ; ‘ 气入 N、与N、的关系由图t给出。可以看出， MNNmr}}xb-rosftiY7799Sr.w,000001m0=1111vaaonnnnai 表面载流子面密度大于1013CM-1后N、趋向于 1E13 1Ell leis 1E16 Ns(m) 与衬底掺杂浓度无关，而且N,,,、与N、在对数坐 图 to表面有效态密度 (经典理论)与 标下成线性关系。利用N.,,H,，的特性和6「]中给出 反型层载流子浓度的关系 的方法.可以用简单的解析函数来近似N,,, N, 一f一Vf，一万*(N胭。)万、、(，*) (4)