奈米CMOS元件量子效應與電荷傳輸模擬及電性與可靠性分析(I)
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奈米尺度(<50nm)CMOS 元件無論在元件物理與製程技術方面均將發生重
大改變。本計畫將針對奈米CMOS 元件內電荷傳輸(transport),量子效應以及
新製程技術進行一為期三年之研究。在理論方面,吾人將建立量子蒙地卡羅模擬
(quantum Monte Carlo simulation)以探討一維或二維電子在極短通道元件內之
傳輸效應(ballistic transport),並進而研究具有量子侷限效應元件(例如double
gate CMOS,ultra-thin body SOI,FinFET 等)內之電子次能帶結構(sub-band)、
碰撞機制(scattering)及所呈現之電流特性、漏電流機制與可靠性物理。在實驗
量測方面,吾人將探討high-k(HfO2)與strained Si CMOS 兩個方向。對於high-k
CMOS,重點在於研究HfO2 內電荷trapping/detrapping 所導致之可靠性議題,
吾人將進行各種電性量測,例如DC/AC stress、temperature stress、RTN、flicker
noise 等,分析HfO2 內trap 之性質、密度、以及stress 下產生速率,並建立相關
之model。對於strained Si 元件,吾人將針對其電流特性(包括閘極與基極漏電
流)、雜訊、熱載子效應進行系列之研究。
本計畫最終之目的在於建立奈米尺度CMOS 元件正確之模擬方法,探討元
件因微縮或結構上量子效應對於元件電性之影響,並評估各種元件結構,製程技
術,對於未來CMOS 元件發展之方向。