Numerical simulation of electric characteristics of deep submicron silicon-on-insulator MOS transistor

Abstract

На сегодняшний день субмикронные МОП-транзисторные структуры кремний-на-изоляторе (КНИ) широко используются в различных электронных устройствах, а также могут применяться в качестве сенсорных элементов. Разработка приборов с заданными характеристиками на основе этих структур невозможна без компьютерного моделирования их электрических свойств. Для глубокосубмикронных транзисторных структур это весьма трудная задача, поскольку необходимо учитывать многие сложные физические процессы и эффекты, имеющие место в полупроводниковом приборе. В настоящей работе многочастичным методом Монте-Карло проведено моделирование переноса электронов и дырок в глубокосубмикронном n-канальном КНИ МОП-транзисторе с длиной канала 100 нм. Целью настоящей работы явилось исследование влияния процесса межзонной ударной ионизации на характеристики транзистора, а также установление таких режимов его работы, при которых процесс ударной ионизации начинает оказывать существенное влияние на работу прибора. Определение этих режимов является крайне необходимым для адекватного и корректного моделирования различных устройств на основе КНИ-МОП-транзисторных структур. При этом основное внимание обращено на сравнение двух моделей учета процесса ударной ионизации по степени их влияния на вольтамперные характеристики транзистора. Первая, аналитическая модель, основана на широко известном подходе Келдыша, а во второй используются результаты численного расчета зонной структуры кремния. Показано, что применение модели ударной ионизации Келдыша приводит к более быстрому росту тока стока и, как следствие, к скорейшему лавинному пробою КНИ МОП-транзисторной структуры. Сделан вывод о том, что выбор между двумя рассматриваемыми моделями ударной ионизации может быть критическим при моделировании электрических характеристик прибора.