论文部分内容阅读
随着半导体器件尺寸的不断缩小，传统体硅MOSFET器件和工艺技术将在器件结构、新物理效应、关键集成及材料体系等方面遭遇诸多挑战。而解决这些挑战的最有效的方法之一，就是发展非传统MOSFET器件结构和工艺技术。而SOI MOSFET器件作为目前主流的非传统CMOS器件，与传统的体硅器件相比具有抗辐射性能好、速度高、功耗低、集成密度高、耐高温环境等一系列优点，在高性能超大规模集成电路、高速存贮设备、低功耗电路、高温传感器、军用抗辐照器件、移动通讯系统、光电子集成器件以及微机电等领域具有极其广阔的应用前景，因此吸引了IBM、AMD等公司纷纷投入巨资进行SOI技术及其相关集成电路产品的设计和制造，国内许多单位也开展了SOI相关技术的研究以及相关产品的生产。现在，相关的基于SOI技术的产品已经得到了广泛应用，并正在改变着人们的生活。
随着SOI器件工艺的逐步成熟，以及目前工业界广泛使用的传统的基于阈值电压的模型存在众多缺点，基于物理的、高效的新一代SOI器件模型的开发成为纳米SOI-CMOS集成电路模拟和设计的关键。
体硅CMOS器件物理和电路模型研究在国内外已经取得了很大成就。但是，对于亚45纳米的产业化技术需要的SOI器件物理和电路模型，国际上的研究也才刚刚起步。
目前国际上主流的集成电路设计用SOI器件模型均在效率、精度、物理性等方面有着各自的特点，但同时也存在着诸多问题，在模拟动态耗尽、体反型以及非准静态等特殊效应方面存在一定困难。因此，需要发展新的SOI MOSFET器件模型以满足SOI器件性能预测及集成电路设计的需要。
本论文对SOI MOSFET的独特的器件物理进行了初步研究，并采用目前国际主流的基于电势的方法，建立了动态耗尽SOI MOSFET器件模型，实现物理的、高精度的对该类器件的模拟。针对基于电势的方法要求计算精度高，执行效率较低的缺点，采用基于电荷的方法建立了全耗尽SOI MOSFET的物理基础的器件模型，从基本的器件物理出发，得到了SOI MOSFET的电势、电荷、电流以及电容与外加信号的关系。模型公式简单，执行效率高，且适用于各种结构参数的变化。针对高速及高频电路应用，采用样条配点法与有源传输线方法对SOI MOSFET的非准静态特性进行了初步的分析，得到解析的器件高频小信号参数。通过与器件数值模拟结果的比较，验证了模型的正确性，保证了模型的精度。
本论文发展的SOI MOSFET的器件模型，从物理本质上描述了动态耗尽、体反型、多界面耦合等特殊物理效应，实现准静态与非准静态电路模拟。在本文发展的初步的器件模型基础上，可以建立统一的经过验证的纳米SOI器件SPICE集约模型及参数库。
新一代SOI MOSFET器件模型的研究将从理论上带动人们从更深的层次了解该类器件的工作机理和独特而复杂的物理效应，实现对SOI器件的工艺控制和优化。同时，SOI器件模型的研究和发展有着巨大的社会经济效益和广泛的市场应用前景，对我国集成电路产业的发展具有重大意义。