深亚毫米波FinFET器件机理与模型研究

The novel FinFET can effectively improve the short channel effect, thus, it becomes the research hot spot in domestic and overseas. The accurate device model is the basis of the integrated circuit design. With FinFET structure is more complex, when the components work in deep sub-millimeter frequency band, the high frequency coupling and the parasitic effect are significant. As a result, the existing transistor model is difficult to meet the requirements of circuit design. This project is aimed at deep sub-millimeter FinFET device, to study the mechanism and model, put forward the test combined with calculation method to improve the de-embedding accuracy of experimental parameters in deep sub-millimeter frequency band transistor. Besides, a physical basis equivalent circuit model for sub-millimeter wave is proposed in this paper. The achievement of the research results not only can be used in circuit design, but also can be used to guide the process optimization. Thus, it will play an important role to promote the development of semiconductor technology, and speed up the process of the deep sub-millimeter wave integrated circuit application.

新型FinFET晶体管能有效改善短沟道效应，因此成为了深亚毫米波器件领域的研究热点。准确的器件模型是集成电路设计的基础，由于FinFET结构更为复杂，当器件工作在深亚毫米波频段时，各种高频寄生效应和多场耦合效应非常显著，现有的晶体管模型难以满足设计要求，严重制约了硅基深亚毫米波集成电路的发展。本项目拟针对深亚毫米波FinFET器件机理与模型进行研究，提出测试与计算相结合的深亚毫米波去嵌方法，提高在深亚毫米波频段晶体管测试参数的去嵌准确度；提出电-磁-热多物理场分析方法，建立适用于亚毫米波的物理基等效电路模型。本项目的研究成果不仅可以用于电路设计，还可以用于指导器件工艺优化，对加速硅基亚毫米波集成电路的大规模应用有着重要推进作用。

新型FinFET晶体管能有效改善短沟道效应,因此成为了深亚毫米波器件领域的研究热点。准确的器件模型是集成电路设计的基础,由于FinFET结构更为复杂,当器件工作在深亚毫米波频段时,各种高频寄生效应和多场耦合效应非常显著,现有的晶体管模型难以满足设计要求,严重制约了硅基深亚毫米波集成电路的发展。本项目针对深亚毫米波FinFET器件机理与模型进行研究，分析FinFET器件在片测试版图的结构特点及其在深亚毫米波频段的电磁作用机理，建立了测试版图模型，并对测试结构的端口效应进行修正，使其适用于深亚毫米波频段的测试去嵌；研究了FinFET晶体管在深亚毫米波频段的寄生与多鳍多指耦合特性，建立了相应的等效电路模型并改进了晶体管噪声模型；基于电－磁－热耦合的理论分析基础，通过循环迭代的方式，对器件的电－热特性进行描述，提出了温度相关阈值电压提取方法；针对器件模型在深亚毫米波集成电路中的应用开展研究，在描述热电耦合效应的基础上，考察器件结构和工艺参数对器件性能的影响，探索其内在产生机理与响应规律，建立了变温小信号等效电路模型、改进型变温直流模型等；针对器件大信号的非线性特性展开研究，从直流、电容等方面着手，改善了大信号模型的准确度，并利用ADS软件的SDD控件实现了大信号模型的搭建和仿真软件的嵌入。本项目共发表代表性学术论文16篇，包括IEEE论文11篇（IEEE T-MTT论文7篇，IEEE MWCL论文2篇，IEEE T-CASI论文1篇，IEEE T-VLSI论文1篇）。项目组成员做国际/国内学术会议报告7次，申请国家发明专利7项。