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E模In<sub>0.80</sub>Ga<sub>0.20</sub>As/InAs/In<sub>0.80</sub>Ga<sub>0.20</sub>As沟道双栅极高电子迁移率晶体管（DG-HEMTs）的射频与直流性能研究：面向未来亚毫米波及太赫兹应用
摘要： 本文采用Sentaurus-TCAD软件系统研究了新型增强型（E-Mode）双栅高电子迁移率晶体管（DGHEMT）的直流与射频特性。通过分析短沟道效应，同时探究了该新型DGHEMT的可扩展性。所提出的DGHEMT具有以下优异特性：本征In0.80Ga0.20As/InAs/In0.80Ga0.20As沟道、双硅δ掺杂层以及铂（Pt）埋栅技术。当Lg=20nm时，在VGS=0.6V和VDS=0.8V条件下，该器件展现出3970mS/mm的最大跨导（gm_max）和1650mA/mm的最大漏极电流（IDS_max）。其20mV的阈值电压证实了E-Mode特性。对于Lg=20nm的DGHEMT，在VDS=0.5V时测得亚阈值摆幅（SS）为74mV/dec，漏极感应势垒降低（DIBL）值为78mV/V。该E-Mode DGHEMT在VDS=0.6V时还实现了826GHz的截止频率（fT）和1615GHz的最高振荡频率（fmax）。经计算，Lg=20nm的DGHEMT在栅下电子速度为6.4×10^7cm/s时，逻辑门延迟仅为31.25fs。这种卓越的射频与直流性能使该DGHEMT成为未来亚毫米波及太赫兹频段应用的理想选择。
关键词： 量子阱（QW）、砷化铟（InAs）、漏致势垒降低效应（DIBL）、短沟道效应（SCEs）、栅极延迟、亚阈值摆幅（SS）
更新于2025-09-23 15:23:52
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无需纳米光刻技术制造的超尺度MoS<sub>2</sub>晶体管与电路
摘要： 半导体器件的未来尺寸缩减只能通过开发新型纳米制造技术和原子级薄晶体管沟道来实现。我们在此展示了一种无需纳米制造的阴影蒸发法制备的超小型化二硫化钼场效应晶体管(FET)。该方法能实现具有全栅控10纳米长沟道的大规模二硫化钼FET制备。所实现的超小型化二硫化钼FET展现出极小的电流-电压特性迟滞、创纪录的约560 A/m高漏极电流、此类超短器件优异的漏极电流饱和特性、约120 mV/dec的亚阈值摆幅，以及在空气环境中的约10^6漏极电流开关比。这些超小型化二硫化钼FET还被用于实现n型耗尽负载技术的逻辑门电路。该反相器在仅1.5V电源电压下展现出约50的电压增益，并具备输入/输出信号匹配能力。
关键词： 晶体管缩放、场效应晶体管、逻辑门、二硫化钼、短沟道效应
更新于2025-09-23 15:19:57
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用于集成缩小尺寸IGZO薄膜晶体管的器件结构与钝化方案
摘要： 本研究的重点在于器件结构缩放及IGZO薄膜晶体管在不同半导体钝化方案下的性能依赖性。通过TCAD模拟深入分析了决定静电控制极限的关键细节。研究调整了栅极和背沟道区域的介质材料以抑制短沟道效应，并对PECVD钝化层工艺配方、氧气氛退火工艺以及ALD覆盖层材料进行了必要改进。针对沟道长度小至1微米的缩放器件，通过静电特性及热应力/偏压应力下的稳定性进行了评估。本文提出了优化后的工艺方案及相关操作细节，并给出了进一步将沟道长度缩减至亚微米尺度的可选方案。
关键词： 氧化铟镓锌薄膜晶体管、缩放、TCAD模拟、静电控制、等离子体增强化学气相沉积、短沟道效应、原子层沉积、热稳定性、偏置应力、钝化
更新于2025-09-16 10:30:52
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横向降尺度N极性GaN HEMT的仿真研究
摘要： N极性氮化镓高电子迁移率晶体管（HEMTs）展现出与Ga极性氮化镓HEMTs相当优异的性能。本研究通过二维器件仿真，揭示了栅极长度从4微米缩减至50纳米的平面N极性氮化镓HEMTs的直流性能与截止频率（fT）。研究分析了陷阱效应、栅极介质的影响，以及场相关迁移率和源漏串联电阻的作用。对于采用10纳米顶层氮化镓沟道层、30纳米Al0.3Ga0.7N势垒层和3纳米Al2O3栅极介质的中心栅器件，发现栅长（LG）从长沟道特性向短沟道特性转变的临界点为200纳米。当LG < 200纳米时，fT与LG呈现线性关系，并出现显著短沟道效应：阈值电压负向偏移、漏致势垒降低效应增强、饱和区最大跨导基本保持LG无关的恒定值。研究显示fT×LG乘积随栅长与等效栅-沟道间距（tt）纵横比减小的退化程度极小——当fT×LG乘积从其上限值（19.23 GHz·微米）下降15%时，对应的LG/tt比值为5.5。这种短沟道器件频率特性的轻微退化归因于栅极极小的边缘电容效应。
关键词： 短沟道效应、横向缩放、N极性氮化镓、高电子迁移率晶体管（HEMT）
更新于2025-09-12 10:27:22
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用于纳米器件应用的二维材料：利用激进缩放的晶体管
摘要： 当前纳米器件面临诸多难题，其中之一便是众所周知的短沟道效应（SCEs）。该效应会导致器件特性显著退化。为解决这一问题，自2000年以来学界便开始研究二维材料。本文揭示了针对器件应用开展二维材料研究的动机。
关键词： 过渡金属二硫化物、纳米器件、短沟道效应、金属氧化物半导体场效应晶体管、二维材料、石墨烯
更新于2025-09-12 10:27:22
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评估采用栅极与源/漏区欠叠结构的In$_{0.53}$Ga$_{0.47}$As FinFET中界面陷阱对14纳米以下技术节点短沟道效应的抑制作用
摘要： 采用栅源/漏极欠重叠鳍长（Lun）结构的硅FinFET器件多年来被有效用于抑制短沟道效应。本研究针对In0.53Ga0.47As材料的FinFET结构展开研究，通过三维TCAD模拟对14nm沟道长度且具有欠重叠结构的In0.53Ga0.47As FinFET进行多效应耦合分析，探究界面陷阱对器件的影响。通过研究陷阱效应对短沟道效应和本征延迟的主导作用，评估了欠重叠器件的变化趋势。同时展示了金属栅功函数波动（MGWF）对阈值电压和导通电流的影响。模拟设置了Lun=0、3nm、6nm和9nm四种情况，界面陷阱密度分别为10^12和10^14 cm^-2eV^-1。结果表明：随着Lun增大，亚阈值摆幅（SS）得到改善但以本征延迟为代价；当Lun超过6nm后SS提升趋于平缓。此外发现：由MGWF波动引起的阈值电压和导通电流相对标准偏差，在Lun增至6nm前持续改善，此后改善幅度不再显著。
关键词： In0.53Ga0.47As（砷化铟镓）、短沟道效应、本征延迟、界面陷阱、鳍式场效应晶体管（FinFET）、亚阈值摆幅、金属栅功函数变化
更新于2025-09-10 09:29:36
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具有双层栅结构的硅纳米线场效应晶体管的阈值电压特性
摘要： 本文研究了具有双层栅结构的硅纳米线金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）的阈值电压特性。该器件因具备多项优势——其工作原理与无结纳米线晶体管相似、上层栅极（UG）的屏蔽效应可?；は虏阏OSFET免受外部电磁干扰、在短沟道与厚栅氧化层之间实现平衡、以及与传统MOS工艺兼容的制造流程——被认为是纳米器件在超大规模集成电路中最具应用前景的方案。文中测量并分析了阈值电压与栅长、UG偏压、衬底偏压、漏极偏压及温度的关系。此外，通过提出UG电场穿透效应来解释器件的短沟道特性，并建立分段曲线模型揭示阈值电压与漏极偏压关系的物理本质。这种双层栅结构技术为设计多种器件（如小信号模拟电路单元、单电子器件和量子比特单元）提供了可能。
关键词： 短沟道效应、硅纳米线（Si-NW）、阈值电压特性、MOS器件、双层栅结构
更新于2025-09-09 09:28:46
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隧道场效应晶体管中短沟道效应与半导体带隙的依赖关系
摘要： 缩小带隙被认为是提升隧道场效应晶体管（TFET）性能的关键方法。本研究通过二维模拟探究了TFET中短沟道效应与半导体带隙的关联。结果表明：尽管电源电压随带隙同步降低，采用低带隙材料时短沟道效应更为显著。对于特定带隙材料，可通过沟道长度缩短导致的漏致势垒降低（DIBT）增幅来有效评估短沟道效应。然而不同带隙的TFET之间，仅通过比较DIBT值无法合理评判其短沟道效应差异。在设计缩微集成电路时，必须充分考虑带隙对TFET可扩展性的影响。
关键词： 漏致势垒降低、隧道场效应晶体管、DIBT、半导体带隙、TFETs、短沟道效应
更新于2025-09-09 09:28:46
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[电气工程讲义] 通信、计算与电子学最新趋势 第524卷（IC3E 2018精选会议录）|| 零温度系数偏置点下非对称与对称双金属双栅SOI MOSFET的对比分析
摘要： 绝缘体上硅（SOI）技术具有更高的电流驱动能力、低功耗、减少短沟道效应以及沟道长度的大幅缩放优势。但基于SOI的MOSFET存在热稳定性较弱的问题，例如自加热效应。本文提出在零温度系数（ZTC）偏置点对非对称双金属双栅（ADMDG）和对称双金属双栅（SDMDG）器件进行对比分析。ZTC是器件特性不受温度变化影响的偏置点。通过二维Atlas模拟器对ADMDG和SDMDG器件进行仿真，二维Atlas仿真揭示了跨导（gm）、输出电导（gd）、本征增益（Av）、导通电流（Ion）、截止电流（Ioff）、导通-截止电流比（Ion/Ioff）以及截止频率（fT）等品质因数（FOMs）。仿真结果显示器件存在拐点现象，并比较了ADMDG与SDMDG MOSFET的跨导ZTC点（ZTCgm）和漏极电流ZTC点（ZTCIDS）的变化情况。
关键词： SDMDG、射频优值、模拟电路、短沟道效应、ADMDG、栅极工程
更新于2025-09-04 15:30:14