Введение к работе
' -, -л і -
Актуальность темы диссертации
Повышение быстродействия и степени миниатюризации СВЧ и
цифровых интегральных схем <И0) требует в первую очередь разработки новых, а также совершенствования традиционных типов элементов ИС. В связи с этим в последние годы при создании полупро-водшгковых устройств все более широкое распространение получают новые технологические и физические принципы, такие как использо-взшіе перспективных материалов (например, тина а385'' реализация возможностей зонной инженерии (в частности, создание гетеропереходов, сверхрешеток, механически напряженных структур) и другие.
Широкие перспективы в микроэлектронике открываются в связи с возможностью-объединения достижений хорошо развитой кремниевой технологии с преимуществами гетероструктурных приборов. Создание высококачествешшх напряжешшх гетероструктур si/siGe обеспечило появлоіше целого спектра новых приборов на их основе: биполярных гетеротранзисторов, полевых транзисторов с модулированным легированием, оптоэлектрошшх и других элементов. Объединение таких приборов с традиционными на одном кристалле позволяет повысить характеристики и расширить функциональные возможности ИС.
Разработка и оптимизация характеристик современных полупроводниковых приборов невозможна без использования математического моделирования. Поэтому тема настоящей роботы представляется с-есша актуальной.
Цель диссертационной работы
Настоящая длесертацшиая рс.бога посвітдена численному мопо-л,;р."вг;Ш!:в процессов электронного переноса в далуцроподіпік-чї ;"і,
siGe, напряженных si и sice, л3вь, а также исследованию и расчету электрофизических характеристик полупроводниковых структур на основе этих материалов.
Научная новизна роботы
Б работе проведен расчет на основе моделирования методом Монте-Карло кинетических характеристик электронной плазми (под-вимюс.ти, времен релаксации энергии и импульса, элективных масс коэффициентов ударной ионизации и т.д.) кремния, сплава крешни-гермаиип, механически напряженных si и siGe, полупроводников типа л,вг. Впервые- получены аналитические соотношения, онисиващпе зависимости кинетических коэффициентов сплава sice от состава сплава и электрического поля. Па основе кішетичаского моделирования проведено исследование особенностей функциошірова-ішя гетероструктуршх приборов субмикрошшх размеров на основе материалов типа А-Зв5: биполярного гетеротранзпетора (БІТ) с модифицировэшшм коллектором и транзистора на горячій электронах (ТГЭ). В работе впервые теоретически исследован з№кт подавления деградации кремнієвих МОП транзисторов, легированных германием; с использованием численного моделирования наїїяеїш оптимальные параметры профиля легирования се. Предложена методика расчета напряжешія плоских зон КОП структуры с произвольным профилем легирования в подложке.
Практическая ценность работы -
Результаты диссертации могут быть использованы для: - расчета зависимостей кинетических характеристик электронной плазмы si, siGe, а3в5 от электрического поля, энергии носителей и т.д. для моделей переноса различного уровня - дрейфэво-ди$фузионной, "температурных" и'других.
- разработки кинетических моделей полупроводниковых приборов на
основе укээашшх материалов.
- расчета' электрофизических характеристик различных элементов
ИС: Скполярннх гетеространзисторов, транзисторов ,на горячих
электронах, МОП транзисторов и др.
- оптимизации конструктивно-технологических параметров кремние-
еых КОП транзисторов с целью подавления деградации их характе
ристик.
Результаты диссертации могут Сыть использованы в ФТИАН, ИКР АН, НІ'ГДМЗ, НШіТТ и других организациях и предприятиях элек-троюгоЯ промышленности при разработке и оптнмизаціпі элементов интегрзльшх схем.
На защиту выносятся следующие основные положения:
-
На основе моделирования методом Монте-Карло впервые произведен расчет основних кинетических характеристик электронов в сплаве siGe и напряженных si и siGe. Предложены простые аналитические модели зависимостей кинетических коэффициентов как от электрического поля, так и от "внут-регашх" характеристик электронной плазмы - температури, средней энергии.
-
На основе кинетического моделирования исследованы особенности высокочзстотнкх и переходных характеристик ЕГТ на основе оадз с модафщирсванным коллектором. Использование модулировашю-легировэгаюго коллектора приводит к значительному улучшению характеристик БГТ, в частности, к уменьшению времени задержки в коллекторе более чем в 2.5 раза по сравнению с обычным коллектором. Нестационарные дырочные процессы могут приводить к значительному ухудше-
нию переключательных характеристик БГТ с модафіцировашшм коллектором.
3. Произведен расчет козф&шиента усиления униполярного тран
зистора на горячих электронах на основе аналитической
теории и с использованием моделирования методом Монте-
Карло .
4. Впервые проведено теоретическое исследование крешшевих
МОП транзисторов, легированных германием для подавления
процессов деградации прибора. Найдены оптимальные.парамет
ри профиля Ge, обеспечкваадие максимальное подавление
скорости деградации.
Апробация работы
Основные результаты диссертации докладывались на і її и iv Всесоюзных совещаниях по математическому моделированию физических процессов в полупроводниках и полупроводниковых прио^рах (Паланга,1989; Ярославль,1990), v Всесоюзной конференции по гетароструктурам (Калуга,1990), и Международной конференции по САПР СБИС (Сеул,1991), а также на научных семинарах 0ТИА1І. МФТИ, МИЭТ.
Публикации. Результаты диссертвщюноп работа опубликованы в О печатных работах, перечисленных в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из Введения, четырех Глав, Приложения, Заключения и списка цитируемой литературы,
