優(yōu)秀畢業(yè)答辯

1、半導(dǎo)體納米器件的理論模擬與性能優(yōu)化,指導(dǎo)老師：顧有松專專業(yè)業(yè)：材料物理答 辯 人：丁明帥答辯時(shí)間：2013.6.7,答辯內(nèi)容,研究背景與課題意義研究方法MOSFET的電輸運(yùn)性質(zhì)摻雜對(duì)器件的影響通道寬度與應(yīng)變對(duì)器件的影響結(jié)論,研究背景與課題意義研究方法MOSFET的電輸運(yùn)性質(zhì)摻雜對(duì)器件的影響通道寬度與應(yīng)變對(duì)器件的影響結(jié)論,答辯內(nèi)容,研究背景與課題意義,研究背景,課題意義,ZnO材料是一種性能優(yōu)異的寬禁帶（3.

2、37eV)半導(dǎo)體材料，在制作納米器件方面具有巨大的發(fā)展?jié)撃埽瑑?yōu)化器件性能需要掌握電輸運(yùn)性質(zhì)。,實(shí)驗(yàn)上對(duì)ZnO納米器件的電輸運(yùn)性質(zhì)研究較多。但對(duì)于特定器件電輸運(yùn)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的理論上研究較少，希望能為實(shí)驗(yàn)及后續(xù)研究提供指導(dǎo)。,研究背景與課題意義研究方法MOSFET的電輸運(yùn)性質(zhì)摻雜對(duì)器件的影響通道寬度與應(yīng)變對(duì)器件的影響結(jié)論,答辯內(nèi)容,研究方法,Nextnano3,計(jì)算軟件,計(jì)算方法,Nextnano3主要通過(guò)求解薛定諤方程、泊松方程、

3、連續(xù)電流方程、應(yīng)變方程來(lái)獲得材料的電學(xué)性質(zhì)。,答辯內(nèi)容,研究背景與課題意義研究方法MOSFET的電輸運(yùn)性質(zhì)摻雜對(duì)器件的影響通道寬度與應(yīng)變對(duì)器件的影響結(jié)論,MOSFET的電輸運(yùn)性質(zhì),MOSFET模型結(jié)構(gòu),模型規(guī)格：141×36nmn型摻雜，Al2O3基底,MOSFET的電輸運(yùn)性質(zhì),柵極偏壓為0V,I-V曲線柵極偏壓為0V時(shí),帶邊能量分布VDS=0VVDS=0.3V,電勢(shì)分布 VDS=0.3V 柵極偏

4、壓為0V,MOSFET的電輸運(yùn)性質(zhì),,電導(dǎo)率分布VGS=0.3V，VDS=0V,電子密度分布VGS=0.3V，VDS=0V,,MOSFET的電輸運(yùn)性質(zhì),電流密度分布VDS=0.3V,電流密度分布橫截面圖VDS=0.3V,柵極零偏壓下通道中出現(xiàn)電子耗盡層時(shí)電流分布特點(diǎn),柵極偏壓為負(fù),MOSFET的電輸運(yùn)性質(zhì),I-V曲線VGS= -0.5V,帶邊能量分布VDS=0VVDS=0.6VVGS= -0.5V,,電導(dǎo)率分布VDS=0

5、V、VGS= -0.5V,MOSFET的電輸運(yùn)性質(zhì),柵極偏壓為正,I-V曲線VGS=1V,帶邊能量分布VDS=0VVDS=0.7VVGS=1V,,電導(dǎo)率分布VDS=0V、VGS=1V左為橫向分布、右為縱向分布,MOSFET的電輸運(yùn)性質(zhì),,電導(dǎo)率分布VDS=0V、VGS=1V,電流密度分布VDS=0.7V、VGS=1V,沿X方向電流密度分布電流方向?yàn)閄負(fù)方向,MOSFET的電輸運(yùn)性質(zhì),柵極偏壓的影響,不同偏壓下的I-V曲線,

6、,VDS=0.4V不同偏壓下的電流值,全譜,放大譜,MOSFET的電輸運(yùn)性質(zhì),不同偏壓下的I-V曲線,電導(dǎo)率分布VGS=0.2V、VDS=0.5V,小結(jié),負(fù)偏壓下器件主要受電子耗盡層影響，電流很小，趨近于零。零偏壓下器件受電子富集區(qū)與電子耗盡層共同影響，電流先增大，后趨于飽和。正偏壓下器件受電子富集區(qū)影響，電流與電壓呈線性增長(zhǎng)關(guān)系，I-V特性最好。柵極偏壓主要通過(guò)影響通道中電子的聚集狀態(tài)來(lái)改變I-V曲線形狀。負(fù)偏壓容易出現(xiàn)電子

7、耗盡層，正偏壓容易出現(xiàn)電子富集區(qū)。,研究背景與課題意義研究方法MOSFET的電輸運(yùn)性質(zhì)摻雜對(duì)器件的影響通道寬度與應(yīng)變對(duì)器件的影響結(jié)論,答辯內(nèi)容,摻雜對(duì)器件的影響,電子遷移率隨摻雜濃度的關(guān)系通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)校正得到的計(jì)算結(jié)果,電子濃度與摻雜濃度的關(guān)系,electron/doping電離化程度與摻雜濃度關(guān)系,摻雜對(duì)器件的影響,I-V曲線不同摻雜濃度，摻雜濃度較高,I-V曲線不同摻雜濃度，摻雜濃度較低,摻雜對(duì)器件的影響,電

8、導(dǎo)率分布VGS=0V, VDS=0V,電導(dǎo)率分布VGS=0V, VDS=0.3V,電導(dǎo)率分布VGS=0V, VDS=0.6V,小結(jié),電導(dǎo)率主要由載流子濃度與載流子遷移率決定，載流子濃度隨摻雜濃度升高而升高，但雜質(zhì)電離化程度降低。載流子遷移率只在部分摻雜濃度下有較顯著的變化。摻雜不改變通道中電子的分布，而是通過(guò)增加相應(yīng)位置的電子濃度來(lái)影響I-V曲線，摻雜濃度越高，相應(yīng)電壓下電流值越大，I-V曲線線性關(guān)系越好，但其作用效果沒(méi)有柵極偏

9、壓顯著。,研究背景與課題意義研究方法MOSFET的電輸運(yùn)性質(zhì)摻雜對(duì)器件的影響通道寬度與應(yīng)變對(duì)器件的影響結(jié)論,答辯內(nèi)容,通道寬度與應(yīng)變對(duì)器件的影響,不同通道寬度下電流與柵極偏壓關(guān)系,I-V曲線不同柵極偏壓通道寬度為2nm,I-V曲線不同柵極偏壓通道寬度為15nm,通道寬度與應(yīng)變對(duì)器件的影響,器件縱向電導(dǎo)率分布通道寬度為2nmVDS=0V、0.7V， VGS=0V,器件縱向電導(dǎo)率分布通道寬度為15nmVDS=0V

10、、0.7V， VGS=0V,通道寬度與應(yīng)變對(duì)器件的影響,I-V曲線不同壓縮應(yīng)變，VGS=0V,I-V曲線不同拉伸應(yīng)變， VGS=0V,通道寬度與應(yīng)變對(duì)器件的影響,壓縮靜態(tài)應(yīng)變晶格錯(cuò)配度為-5%VDS=0V，VGS=0V,縱向電導(dǎo)率分布?jí)嚎s應(yīng)變條件VDS=0V，VGS=0V,壓縮應(yīng)變下電導(dǎo)率分布VDS=0VVDS=0.6VVGS=0V,,靜態(tài)應(yīng)變公式：,通道寬度與應(yīng)變對(duì)器件的影響,拉伸靜態(tài)應(yīng)變晶格錯(cuò)配度為5%VDS=

11、0V，VGS=0V,縱向電導(dǎo)率分布拉伸應(yīng)變條件VDS=0V，VGS=0V,拉伸應(yīng)變下電導(dǎo)率分布VDS=0VVDS=0.6VVGS=0V,小結(jié),通道寬度主要影響電子的聚集分布狀態(tài)，較大的寬度容易產(chǎn)生顯著的電子富集，從而使器件I-V具有較好的線性關(guān)系，且具有更小的器件電流開(kāi)關(guān)比。器件內(nèi)部應(yīng)變影響電子的分布。壓縮應(yīng)變降低電導(dǎo)率，拉伸應(yīng)變?cè)黾与妼?dǎo)率。內(nèi)部應(yīng)變主要改變電流的大小，對(duì)I-V曲線的形狀改變較小。,答辯內(nèi)容,研究背景與課題

12、意義研究方法MOSFET的電輸運(yùn)性質(zhì)摻雜對(duì)器件的影響通道寬度與應(yīng)變對(duì)器件的影響結(jié)論,結(jié)論,針對(duì)本模型，柵極偏壓主要通過(guò)改變器件通道中電子的分布來(lái)影響電輸運(yùn)性能。通道中電子主要存在富集區(qū)與耗盡層兩種分布方式。柵極負(fù)偏壓下產(chǎn)生耗盡層，正偏壓下產(chǎn)生富集區(qū)。富集區(qū)有利于器件產(chǎn)生大電流及更好的I-V特性。摻雜不改變器件中電子分布，主要通過(guò)增加通道中電子濃度來(lái)影響I-V特性，摻雜濃度越高，I-V線性關(guān)系越好。通道寬度與應(yīng)變主要影響電子