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A Hybrid 3D Quantum Mechanical Simulation of (混合三维量子力学模拟的)
A Hybrid 3D Quantum Mechanical Simulation of
FinFETs and Nanowire Devices
Xue Shao and Zhiping Yu
Institute of Microelectronics, Tsinghua University, Beijing 100084, China
shaox97@mails.tsinghua.edu.cn
Abstract
In this paper, we have carried out a numerical simulation of FinFETs. The model is
based on 1D non-equilibrium Green’s function (NEGF) along the channel and 2-D
Schr¨odinger equation in the confined cross section and provides insights into the per-
formance of FinFETs with ultra small channel cross section. The simulation results of
FinFETs show normal - characteristics with great potential in scalability even when
the gate length is below 5 nm with 2-by-2 nm channel cross section.
1 Introduction
Double gate (DG) or triple gate (commonly known as FinFETs) MOSFETs possess su-
perior gate controllability in both off and on states. Their (for DG, it is restricted to
vertical type only) compatibility with the planar process makes them the strong con-
tender in sub-65nm CMOS technology nodes. There has been extensive research work
performed regarding DG-FETs, e.g., in [1]. For FinFETs or nanowire devices, because
of the 3D nature of the structure, it is a formidable task to solve the current-carrying
Schr¨odinger equation directly, even with methods like NEGF [2].
In this work, we present a hybrid approach to the quantum mechanical (QM) simulation
of 3D FinFET/nanowire structures, which captures the carrier confinement in the cross-
section of the fin/wire and the ballistic (including tunneling) transport along the channel
direction. The computation cost for a sub-20 nm FinFET is quite affordable. Compared
with the DG structure, FinFETs shows a better scalability and ratio. The scal-
ing limit is also revealed (it all depends on the channel length/cross-section dimension
aspect ra
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