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应变工程硅纳米线场效应晶体管（?-Si-NWFET）在IOS衬底上的性能研究

DOI：10.1063/1.5051310 期刊：Journal of Applied Physics 出版年份：2019 更新时间：2025-09-10 09:29:36
摘要： 本研究为开发性能增强的应变工程硅纳米线场效应晶体管提供了设计空间。通过合理选择高k栅介质，将纳米线沟道嵌入绝缘体上硅衬底的比例作为关键设计参数。该比例与栅介质的协同作用会在纳米线沟道中引入应力，且根据参数选择不同，应力性质可从拉应力转变为压应力。这种诱导应力会改变沟道内原有的本征声子应力，从而调控器件沟道中的载流子输运行为。我们通过将相关应力效应纳入自主研发的自洽量子静电框架，建立了部分嵌入纳米线FET的载流子输运模型，并采用非平衡格林函数方法求解方程组。 研究表明：拉应变下的声子散射以消耗电子能量为代价；而在压应力条件下，电子在散射过程中反而可能获得能量。因此器件电流随拉应力增强而提升，当本征拉声子应力与诱导压应力相互抵消时电流值相对较小。但当压应力最终超越本征拉声子应力时，电流再次呈现上升趋势。总体而言，当前器件在所有嵌入比例和栅介质条件下均展现出优异的开关特性：最大关态电流Ioff<10 nA/μm，阈值电压低于0.3 V，跨导gm约10^4 μS/μm，亚阈值摆幅约100 mV/dec，漏致势垒降低效应约100 mV/V。
作者： Sulagna Chatterjee，Subhrajit Sikdar，Basudev Nag Chowdhury，Sanatan Chattopadhyay
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研究概述 实验方案

研究目的

通过控制硅纳米线沟道插入绝缘体上硅衬底的比例以及选择高k栅极绝缘体，构建性能增强型应变工程硅纳米线场效应晶体管的设计空间。

研究成果

该研究通过控制插入绝缘体上硅（IOS）衬底的比例及选用合适的栅极绝缘层，为性能增强的应变工程硅纳米线场效应晶体管（Si-NWFETs）提供了设计指导方针。器件展现出优异的性能指标，其中诱导应力的性质和大小会显著影响载流子输运及器件特性。

研究不足

该研究为理论性研究，基于模拟实验；未提供实际制备器件的实验验证。应力对载流子输运的影响较为复杂，可能涉及模型中未考虑的其他因素。

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