Моделирование МОП-транзистора с моделью структуры (этап 4)

Подготовка исходных данных для 2D моделирования наноструктуры МОП-транзистора. Пронумеруем области в структурой формуле МОП-транзистора:

Для построения структуры МОП-транзистора по формуле (5.10) «прочитаем» структурную формулу следующим образом:

• • область р_х содержит область л₂" с которой будет сниматься выходной сигнал (out), и область л₃, к которой подключена шина «Земля» (Gnd);
• • на области р_х расположена область окисла Ох₄, на который подается входной сигнал (in).

В этой формуле, как и в ее прочтении, содержится не только указание на физическую структуру модели, но и определены контакты для ее включения в общую схему моделирования (рис. 5.12).

На рисунках 5.12, а, б показаны характеристики материалов (концентрации и тип носителей), а расчетная сетка для 2D моделирования сечения ступенчатого биполярного транзистора приводится на рисунке 5.12, в. Сетка рассчитывается автоматически, исходя из задаваемого разработчиком диапазона от минимального до максимального значения шага расчетной сетки. Заданы контакты: исток (Sourse), сток (Drain), затвор (Gate), подложка (Substrate).

На рисунке 5.12, б белые линии в полупроводниковых областях — топологическая сетка с размером ячейки X_g =10 нм и Y_g = 10 нм. Из.

Рис. 5.12. Задание 2D структуры МОП-транзистора: а) сечение, размеры, контакты; б) материалы, контакты, в) расчетная сетка этого параметра и конструкции видно, что размер МОП-транзистора не превышает 70 нм.

Результаты 2D моделирования наноструктуры МОП-транзистора На рисунках 5.13−5.15 представлены результаты эксперимента по компьютерному 2D моделированию наноразмерной структуры МОП-транзистора со структурной формулой (5.10) и минимальным топологическим размером 10 нм [115].

На рисунке 5.13 показаны результаты 2D моделирования этого МОП-транзистора:

• а) SRH-рекомбинация;
• б) подвижность дырок;
• в) Enormal для дырок;
• г) плотность дырок;
• д) скорость электронов;
• е) квазипотенциал Ферми для электронов.

На рисунке 5.14 представлено продолжение результатов 2D моделирования данного МОП-транзистора:

• а) подвижность электронов;
• б) Enormal для электронов;
• в) плотность электронов;
• г) пространственный заряд;

д) электростатический потенциал;

е) абсолютное значение плотности общего тока.

Рис. 5.13. Результаты 2D моделирования наноразмерной структуры МОП-транзистора: а) SRH-рекомбинация. б) подвижность дырок, в) нормаль для дырок, г) плот> ность дырок, д) скорость электронов, е) квазипотенциал Ферми для электронов На рисунке 5.15 изображены токовые и зарядные характеристики МОП-транзистора со структурной формулой (5.10) и минимальным топологическим размером 10 нм:

• а) ток дырок в подложке (pj);
• б) ток дырок в области истока (п₂);
• в) ток дырок в области стока (п₃);
• г) ток дырок в области затвора (Ох₄);
• д) ток электронов в подложке (pj);

е) ток электронов в области истока (п₂У>

• ж) ток электронов в области стока (л₃);
• з) общий ток в области истока (п₂)
• и) заряд в подложке;
• к) заряд в области истока;
• л) заряд в области затвора;

м) заряд в области стока.

Поскольку нас интересует создание работоспособной структуры МОП-транзистора, работающей с аналогичными структурами в системе.

Рис. 5.14. Результаты моделирования наноразмерной структуры МОП-транзистора: а) подвижность электронов, б) нормаль для электронов, в) плотность электронов, г) пространственный заряд, д) электростатический потенциал, е) абсолютное значение плотности общего тока СБИС, воспользуемся смешанным режимом моделирования, то есть моделированием наноструктуры в составе электронной схемы. Так, например, включив наноструктуру по схеме, изображенной на рисунке 5.17, можно промоделировать передаточную характеристику u_oxlt = /(w_in) и по ее виду оценить качество и работоспособность рассматриваемой структуры.

Рис. 5.15. Результаты моделирования наноразмерной структуры МОП-транзистора: а) ток дырок в подложке (pi), б) ток дырок в области истока (п₂), в) ток дырок в области стока (л₃), г) ток дырок в области затвора (Охд), д) ток электронов в подложке (рО, е) ток электронов в области истока (л₂), ж) ток электронов в области стока (Пз), з) общий ток в области истока (л₂), и) заряд в подложке, к) заряд в области истока, л) заряд в области затвора, м) заряд в области стока.

Рис. 5.16. Исходные данные для 3D моделирования наноразмерной структуры МОП-транзистора: а) 3D наноструктура МОП-транзистора: задание размеров, материалов, контактов; б) расчетная сетка.

Подготовка исходных данных для 3D моделирования наноструктуры МОП-транзистора. Получаем трехмерный наноразмерный МОП-транзистор со структурной формулой (5.10), используя процедуру Extrude и добавляя сечению третье измерение. На рисунке 5.16, а показана 3D наноструктура МОП-транзистора, на рисунке 5.16, б — ее расчетная сетка.

При переходе от 2D к 3D моделированию (процедура Extrude) сохраняются прежние значения концентраций областей и параметры расчетной сетки. При необходимости все можно изменить.

Смешанный режим моделирования наноструктуры МОП-транзистора. Этот режим рассмотрен на рисунке 5.17.

Рис. 5.17. Смешанный режим моделирования: а) наноструктура моделируется в составе электрической схемы, б) передаточная характеристика наноструктуры МОП-транзистора, полученная в результате смешанного моделирования.

Результаты 3D моделирования наноструктуры МОП-транзистора На рисунках 5.18 и 5.19 представлены результаты 3D моделирования работоспособной наноразмерной структуры МОП-транзистора (рис. 5.17, а).

Рис. 5.18. Результаты 3D моделирования наноразмерной структуры МОП-транзистора: а) SRH-рекомбинация, б) скорость дырок, в) подвижность дырок, г) плотность дырок, д) скорость электронов, е) квазипотенциал Ферми для электронов.

Рис. 5.19. Результаты моделирования наноразмерной структуры МОП-транзистора: а) подвижность электронов, б) плотность электронов, в) пространственный заряд, г) электростатический потенциал, д) абсолютное значение напряженности электрического поля, е) абсолютное значение плотности общего тока.