硅基芯-壳结构纳米线MOS器件基础研究

Silicon-based nanowire CMOS with the core-shell structure has not only excellent short-channel effect and enhanced conductance capability due to reduced scattering effect and unqiue low-dimensioal structure,but also is compitable with the traditional CMOS processing,thus, it may be the promise one among the bulk MOSFET alteratives to extend CMOS integratd circuit into 10nm generation beyond... Aiming at the simulation tool issue, compact device/cirucit model problem and the process integration difficulty of such kind of silicon-based nanowire CMOS with the core-shell structure, this project will explore the novel structure, transport mechanism, simulation method and compact modeling, fine process technique from sythesization cnosideration of the function enhancement, strain effect, eneryg band enginnering, channel doping profile, process integration of core-shell nanowire MOSFETs, so to develop the core-shell nanowire MOSFET devie physics theory, provide the new simulation tool, build an efficient compact model, and establish new fine process integration technique. ..The project delivables will help device scientists and circuit designers deeply understand the pontential and function of the silicon-based core-shell nanowire MOSFET application beyond 10nm CMOS integrated circuit, know how to realize the optimized circuit performane from the fine processing technology.

硅基芯-壳结构纳米线CMOS因与传统"Scaling down"工艺相兼容，同时具有极强抑制短沟效应和减少散射增强传导的能力，对于解决10nm以下高集成度CMOS电路系列制约将是很好的一个选择。本项目针对该类器件模拟问题和微纳工艺集成技术困难，以解决10nm尺度芯-壳结构纳米CMOS器件物理模型和精细工艺集成技术为目标，重点从器件结构、传输物理、模型与模拟、精细工艺技术实现等基础性层面开展工作，将芯-壳结构纳米线CMOS功能结构、应力效应、能带工程、工艺集成技术及模型模拟等方面有机结合，提出有助于解决10nm以下CMOS器件设计和电路优化问题的器件物理理论、模拟工具、电路模型和工艺技术实现等层面创新内容和技术解决方案。该项目将阐明芯-壳结构纳米线应用于10nm以下CMOS电路的可能性和功能潜力，有助从基本物理上理解该类结构特性和电路功能，从工艺技术上优化该结构实现其电路性能.

硅基芯-壳结构纳米线CMOS 因与传统"Scaling down"工艺相兼容，同时具有极强抑制短沟效应和减少散射增强传导的能力，对于解决10nm 以下高集成度CMOS 电路系列制约将是很好的一个选择。本项目针对该类器件模拟问题和微纳工艺集成技术困难，提出有助于解决10nm 以下CMOS 器件设计和电路优化问题的器件物理理论、模拟工具、电路模型和工艺技术实现等层面创新内容和技术解决方案。该项目将阐明芯-壳结构纳米线应用于10nm 以下CMOS 电路的可能性和功能潜力，有助从基本物理上理解该类结构特性和电路功能，从工艺技术上优化该结构实现其电路性能。.本项目给出了一个锗/硅芯壳结构的纳米线晶体管的解析模型以及基于有限差方法的数值模型。其中，数值模型采用了自洽方法联立求解了薛定谔方程和泊松方程，解析模型中则给出了泊松方程的解析解。最后，将这两种模型得到的包括载流子分布、栅电容以及电流-电压转移特性、传输特性曲线的模拟结进行比较，由结果的相似性证明这两种模型的合理性，同时分析这两种模型给出的结果之间的差异，从而对量子效应对纳米尺寸器件造成的影响进行讨论和推测。为了研究极限尺寸下无结器件的特性，基于从多体量子理论基础上发展而来的非平衡态格林函数输运理论和原子级的紧束缚能带计算开发三维器件模拟器。应用紧束缚方法对纳米线的能带进行模拟，然后用一个弹道输运的模型研究应变效应对环栅/纳米线MOSFET输运特性的影响。.本项目研究了新型纳米线MOSFET对理解其物理特性及至探讨相对应的纳米线基集成电路设计是有意义的。栅非覆盖源漏结构用来控制器件的短沟道效应，一个实际的问题是对给定的其他器件参数如氧化层厚度和半径，如何选择非覆盖区的长度。另外一个问题是源漏两侧栅非覆盖结构的对称性对器件的短沟道特性有无显著影响。后者还涉及到工艺偏差的实际问题。对反应-扩散模型进行了改进，考虑了纳米线几何结构的限制和反应几率，并获得了与实验数据很好的一致性。