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当今对集成电路高速、高集成度以及大信息存储量的追求,使得MOS晶体管的特征尺寸持续不断的缩小,同时也伴随着不同结构和不同材料的出现。但是随着晶体管特征尺寸的缩小和不同结构的出现,各种在常规长沟道MOS器件中可以忽略的效应在小尺寸器件中变得明显,并显著影响器件的性能。 SOI技术是在体硅MOSFET衬底中引入一层厚度为100-400nm的氧化硅,由于这层埋绝缘层的出现,减小了寄生源/漏和衬底的结电容,允许器件的全部电介质隔离,从而彻底消除了闩锁效应。此外,采用这种材料制成的集成电路还具有集成密度高、速度快、工艺简单、短沟道效应小及特别适用于低压低功耗电路等优点。因此,对深亚微米/纳米集成电路,SOI技术将成为具有相当竞争力的新技术。然而,因为SiO2的热传导率比硅的热传导率大约小100倍,埋氧化层成为沟道中热流动的一个壁垒,所以SOI MOSFET的自热效应(Self-Heating Effect)比体硅晶体管的自热效应更为严重,它可以显著地影响SOI器件的可靠性、器件/电路运行、建模以及参数的提取,特别是跨导和电流密度随着晶体管几何尺寸的缩小而增加,自热效应的影响已不容忽视。对大多数模拟应用,在电路运行中SHE效应会导致漏电流的显著减小,极端情况下,SHE导致DC I-V测量中负输出导纳。SOI CMOS器件中自热效应是一个非常重要的问题,因此对其表征和测量也是如此。 本文第二章定量地分析了体硅MOSFET主要电学参数受温度的影响,特别是载流子迁移率、阈值电压以及漏端电流等主要性能都会由于温度的升高而降低,这将严重影响器件的特性。 第三章,针对SOI MOSFET自热效应,研究了如何在标准MOS器件上用纯电测量法来获得建模的临界参数,以达到对器件自热效应的表征和温度的测量的目的。首先通过讨论自热效应对SOI MOSFET载流子迁移率、阈值电压、饱和速度和漏电流等不同电学参数的影响,分析了电路水平的动态热行为,研究了物理效应对MOSFET热行为的贡献;接着综合考虑不同热参数对SOI MOSFET漏端电流的影响,给出了考虑自热效应的漏端电流近似模型;最后通过实验证明了此模型的正确性。 第四章,基于SOI MOSFET漏端电流模型导出了饱和区漏电导的解析表达式,并提出自热效应的提取技术,这一技术允许在标准MOSFET结构上进行电测量。实验结果显示,这种电导方法不论对全耗尽还是部分耗尽SOI器件,都可以在很宽的偏压范围内放心使用。 最后,对论文所做工作进行了总结,并对将遇到的问题和即将开展的工作进行了展望。