真空栅介质场效应晶体管自热效应模型

作者：苏亚丽; 赖俊桦; 钱俊杰; 叶雨欣; 张国和^*

来源：西安交通大学学报, 2021, 55(08): 85-92.

• 场效应晶体管
• 热导率
• 热传输
• 硅纳米线
• 自热效应

针对纳米尺度金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)热传输尺度效应对自热效应影响加剧的问题,提出一种考虑尺度影响的真空栅介质垂直堆叠硅纳米线(SiNWs)环栅场效应晶体管(GAA FET)自热效应模型。首先,分析硅薄膜与SiNWs内声子散射自由程之间的关系,量化用于衡量声子边界散射的SiNW热导率衰减因子;然后,根据国际上现阶段关于纳米硅薄膜热导率的解析模型,推导得到考虑尺度效应影响的SiNW热导率解析模型;最后,结合纳尺度器件热传输的关键路径,建立起考虑尺度影响的GAA SiNWs FET自热效应模型。在TCAD软件中采用所提自热效应模型实现了GAA SiNWs FET自热效应的数值计算。仿真结果表明:低热导率真空栅介质、垂直堆叠多热源与热传输尺度效应将导致真空栅介质GAA SiNWs FET热生成与扩散过程更加复杂,加剧器件自热效应;通过真空栅介质间隙与环绕气体压强之间的折中设计能够最大化栅极热传输能力,达到抑制器件自热效应以改善器件性能及其可靠性的目的;与传统自热效应模型估算的热点温度值相比,所提出的自热效应模型预测的真空栅器件内热点温度提高了30%,表明该自热效应模型能够有效的揭示GAA FET内SiNW热传输尺度效应对自热效应的影响机制。

• 单位
  西安石油大学; 中国科学院微电子研究所; 西安交通大学