中国科学技术大学物理系微电子专业 迁移率的强电场效应和漂移速度饱和 迁移率的电场效应对于提高深亚微米和 0.1 um ULSI MOSFET的电流驱动能力，以 至对决定其工作速度有决定性意义，因此 在器件结构设计中如何保持尽可能高的迁 移率是一个关键课题。同时因为漂移速度 会饱和，因此光靠高电场来提高电流驱动 能力是有限的。 Principle of Semiconductor Devices 2022/12/25 16
中国科学技术大学物理系微电子专业 2022/12/25 Sunday 16 • 迁移率的强电场效应和漂移速度饱和 迁移率的电场效应对于提高深亚微米和 0.1μm ULSI MOSFET的电流驱动能力，以 至对决定其工作速度有决定性意义，因此 在器件结构设计中如何保持尽可能高的迁 移率是一个关键课题。同时因为漂移速度 会饱和，因此光靠高电场来提高电流驱动 能力是有限的。 Principle of Semiconductor Devices
中国科学技术大学物理系微电子考业 漂移速度过冲 速度过冲是非稳态统计过程的产物，要以非稳态玻 尔兹曼方程求解，或用蒙特卡罗方法来处理。在能 量平衡之前的弛豫时间内漂移速度超过饱和值，即 速度过冲。漂移速度过冲现象在GaAs等高迁移率 半导体中为实验所普遍证实。通常的MOSFET模型 建立在漂移扩散模型(DD模型Drift一Diffusion Model)的基础上，基本方程是泊松方程、电流连 续方程和稳态玻尔兹曼方程。在深亚微米时期，器 件二维模型，联解泊松方程、连续性方程和瞬态玻 尔兹曼方程，进行数值分析，但计算量很大，并不 可取。因此引入水力学模型，使用能量输运方程、 载流子输运方程和电流连续方程加以联解，日前已 被许多二维数值分析程序采用。 Principle of Semiconductor Devices 2022/12/25 17
中国科学技术大学物理系微电子专业 2022/12/25 Sunday 17 • 漂移速度过冲 速度过冲是非稳态统计过程的产物，要以非稳态玻 尔兹曼方程求解，或用蒙特卡罗方法来处理。在能 量平衡之前的弛豫时间内漂移速度超过饱和值，即 速度过冲。漂移速度过冲现象在GaAs等高迁移率 半导体中为实验所普遍证实。通常的MOSFET模型 建立在漂移扩散模型（DD模型 Drift－Diffusion Model）的基础上，基本方程是泊松方程、电流连 续方程和稳态玻尔兹曼方程。在深亚微米时期，器 件二维模型，联解泊松方程、连续性方程和瞬态玻 尔兹曼方程，进行数值分析，但计算量很大，并不 可取。因此引入水力学模型，使用能量输运方程、 载流子输运方程和电流连续方程加以联解，目前已 被许多二维数值分析程序采用。 Principle of Semiconductor Devices
中国科学技术大学物理系微电子专业 二维量子化 深亚微米器件的沟道掺杂浓度高达3×1017cm-3以 上，栅氧化层低达1.55nm,在1~几伏电压下， 即可使表面反型层的电场强度很强，表面能带强 烈这子 弯曲，使载流子被局域在很窄的沟道势阱内 种局域化导致垂直于界面方向载流子运动的量 化，使传导载流子成为只能在平行界面方同运 九子一维电王甕靄孟便藤最 带，使电子波函数呈调制的二维平面波，同时 会影响载流子迁移率等参数。所以，对深亚微 亚0.1 um MOS ULSI器件必须考虑量子力学 OM)效应。 Principle of Semiconductor Devices 2022/12/25 18
中国科学技术大学物理系微电子专业 2022/12/25 Sunday 18 • 二维量子化 深亚微米器件的沟道掺杂浓度高达3×1017cm－3以 上，栅氧化层低达1.5~5nm，在1～几伏电压下， 即可使表面反型层的电场强度很强，表面能带强 烈弯曲，使载流子被局域在很窄的沟道势阱内， 这种局域化导致垂直于界面方向载流子运动的量 子化，使传导载流子成为只能在平行界面方向运 动的二维电子气。二维量子化使能量呈阶梯型的 子带，使电子波函数呈调制的二维平面波，同时 也会影响载流子迁移率等参数。所以，对深亚微 米、亚0.1μm MOS ULSI器件必须考虑量子力学 （QM）效应。 Principle of Semiconductor Devices
中国科学技术大学物理系微电子考业 沟道杂质起伏 对于沟长度在0.1um量级的MOSFET,沟道中的电 离杂质可以小到只有几十个原子，因此杂质原子 含量的统计起伏可导致对器件性能的明显影响， 这种起伏无论在一个圆片内的各芯片之间或各圆 片之间都不可避免，因此会造成产品的一致性问 题，对于ULSI的可生产性必须考虑这种效应。杂 质起伏主要反映在器件阈值电压的起伏上。 Principle of Semiconductor Devices 2022/12/25 19
中国科学技术大学物理系微电子专业 2022/12/25 Sunday 19 • 沟道杂质起伏 对于沟长度在0.1μm量级的MOSFET，沟道中的电 离杂质可以小到只有几十个原子，因此杂质原子 含量的统计起伏可导致对器件性能的明显影响， 这种起伏无论在一个圆片内的各芯片之间或各圆 片之间都不可避免，因此会造成产品的一致性问 题，对于ULSI的可生产性必须考虑这种效应。杂 质起伏主要反映在器件阈值电压的起伏上。 Principle of Semiconductor Devices
中国科学技术大学物理系微电子专业 §6.2CCD器件 CCD电荷耦合器件工作原理 利用栅极下半导体表面形成深耗尽状态进行工作的 基本结构 二相、三相、四相系统，取决于电性能、制造难度以及单 元尺寸的考虑 CMOS成像传感器工作原理 基本结构包括电荷电压转换器和PN结电荷收集器，还包含 一个由MOS管构成的开关，需要6个或更多的晶体管。 使用CMOS工艺技术制造的 CCD与CMOS成像传感器的对比 Principle of Semiconductor Devices 2022/12/25 20
中国科学技术大学物理系微电子专业 2022/12/25 Sunday 20 §6.2 CCD器件 • CCD电荷耦合器件工作原理 利用栅极下半导体表面形成深耗尽状态进行工作的 基本结构 二相、三相、四相系统，取决于电性能、制造难度以及单 元尺寸的考虑 • CMOS成像传感器工作原理 基本结构包括电荷电压转换器和PN结电荷收集器，还包含 一个由MOS管构成的开关，需要6个或更多的晶体管。 使用CMOS工艺技术制造的 • CCD与CMOS成像传感器的对比 Principle of Semiconductor Devices