研究目的
采用统计量子输运模拟研究掺杂剂扩散对硅纳米线场效应晶体管(FET)中随机掺杂涨落的影响。
研究成果
统计量子输运模拟表明,掺杂剂向沟道区域的扩散会显著增加硅纳米线场效应晶体管(Si NW FET)的性能波动性,尤其体现在关态电流和阈值电压方面。随着扩散长度的增加(通过高斯掺杂剖面中更高的标准差进行建模),成品率急剧下降——当无扩散时(σ=0.0 nm)总成品率为65%,而发生显著扩散时(σ=2.0 nm)成品率骤降至仅2%。这凸显了制造过程中控制热预算以降低波动性问题的重要性。
研究不足
该研究基于模拟,未进行实验验证。所采用的模型(如有效质量近似和高斯掺杂分布)可能存在简化,未能涵盖现实中的所有复杂因素。具体器件尺寸和参数可能限制其推广至其他纳米线场效应晶体管设计。生成随机离散掺杂的筛选方案假设服从泊松分布,这可能无法完全反映实际制造器件中的掺杂分布情况。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用基于非平衡格林函数(NEGF)形式的统计量子输运模拟,使用从紧束缚能带结构计算中提取有效质量的有效质量哈密顿量。掺杂扩散通过具有不同标准差的高斯掺杂分布进行建模,随机离散掺杂原子则根据纳米线结构的三维原子排布采用拒绝方案生成。
2:样本选择与数据来源:
模拟对象为3×3 nm2方形横截面的n型全包围栅硅纳米线场效应晶体管,具体尺寸包括:源/漏极长度28 nm、栅极长度9 nm、等效氧化层厚度1 nm,沟道区掺杂浓度10^15 cm?3(p型)、源/漏区10^20 cm?3(n型)。研究考察了六种高斯掺杂分布标准差值(σ):0.0、0.25、0.5、1.0、2.0和3.5 nm。
3:0和5 nm。
实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:模拟使用Synopsys Quantumwise公司的QuantumATK软件进行紧束缚能带结构计算,采用格拉斯哥纳米电子模拟软件(NESS)进行输运模拟,未提及实体实验设备。
4:实验流程与操作步骤:
通过sp3d?s*紧束缚方法计算硅纳米线能带结构,提取有效质量并应用于有效质量哈密顿量。自洽求解泊松方程与耦合??占銷EGF输运方程以计算电子密度与电流。针对每个σ值模拟100个含随机离散掺杂原子的器件,选取约84个收敛良好的器件进行统计分析,计算漏极电流-栅压特性、阈值电压、开态电流、关态电流及成品率。
5:数据分析方法:
对模拟结果进行统计分析,包括均值/中位数计算、参数间相关性分析(如ION与VTH、ION与IOFF关系图),以及以目标值25%容差范围计算的成品率。变异性评估涵盖关态电流、阈值电压和开态电流三个维度。
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