工作於弱反層導電之單一通道離子佈植短通道金氧半場效電晶體的電流─電壓特性曲線─新的模型及實驗計測分析

Abstract

本文提出一個操作於弱反層導電之單一離子佈植短通道金氧半場效電晶體電流––電 壓特性的新解析模型。在模型的推導中，通道中的雜質分佈是採用階梯分佈近似。在 次臨界區域中，提出一個考慮擴散電流的新模型，其中表面平均電位及電流流動路徑 的深度的計算都考慮到小幾何結構的效應。因有這些考慮，使得所推導出的模型能精 確地模擬次臨界電流的洩極偏壓相關性。另外，我們也提出一個適用於接近強導通的 電流一電壓特性模型，其中使用了一個能自我吻合的通道調變模式。為了能連續地連 結這二個電流模式，我們提出了數個能使此模型模擬整個弱反層區域的電流––電壓 特性的方法。 為了驗證所推導出的模型，我們測量了二組具有不同通道植入劑量的測試鍵，其中通 道長度由1.46微米到5 微米的金氧半場效電晶體電流––電壓的實驗特性均與導出的 模型相比較。在相當大範圍的洩極與背閘極偏壓下，比較的結果均獲得非常好的吻合 。更進者，二個主要利用均勻摻雜濃度基片所推導出的已發表模型（SPICE 與Taylor 的模型），亦與實驗結果相比較。對於具有較高通道植入劑量或較深植入深度的金氧 半場效電晶體，這二個受歡迎的模型都非常不準確。根據這些比較，明顯地本文所推 導的新模型是最佳的，並且可適用於元件與電路模擬的電腦輔助設計。