奈米范围之场效电晶体临界电压对掺杂质浓度变异的敏感度.pdf

國立宜蘭大學工程學刊(2006) 第二期第 27 ～36 頁 奈米範圍之場效電晶體臨界電壓 對摻雜質濃度變異的敏感度 林政男 1 陳俊龍 1 蒲佳輝 1 賴亮林 1 駱俊銘 1 江孟學 2 1 國立宜蘭大學電子工程學系學生 2 國立宜蘭大學電子工程學系助理教授 摘 要 此論文主要探討摻雜濃度對臨界電壓敏感度的變異之關係，並將重點放在高度微縮下的金屬-氧化物 -半導體場效電晶體，簡稱金氧半場效電晶體（MOSFET），並且探討其臨界電壓與摻雜濃度之間的關係是 否依舊能緊密結合？如果這個答案是肯定的，未來在元件的設計上，我們很可能會面臨到準確控制臨界 電壓的問題。因此，我們深入此問題，研究當 MOSFET元件的閘極長度從次微米微縮至幾十奈米的範圍之 下，臨界電壓對低到高摻雜濃度範圍下變化之關係。我們將根據所學的基礎學理之解析方程式來做臨界 電壓在學理上的分析與探討，並且嘗試著預測在高度微縮下之 MOSFET可能產生的問題。接著利用元件模 擬程式以二維（2D）的元件架構加以模擬驗證。最後，將模擬數據結果與理論值來相互對照，分析兩者 之間的差異處。最後將所得的相關數據加以整理，以提供元件設計者在奈米範圍下 MOSFET之設計，能有 一個參考的方向與準則。 關鍵字 ：臨界電壓、摻雜濃度、金氧半場效電晶體 宜蘭大學學報 第二期 Threshold Voltage Dependence on Channel Doping for Nanoscale MOSFETs Jeng-Nan Lin1 Jiun-Lung Chen1 Jia-Huei Pu1 Liang-Lin Lai1 Luo1 Meng-Hsueh Chiang2 1 Student, Department of Electronic Engineering, National Ilan University 2 Assistant Professor, Department of Electronic Engineering, National Ilan University Abstract The threshold voltage dependence on channel doping for scaled MOSFETs is investigated. The physical insight to the impact of doping density fluctuation on device characteristics is analyzed via theoretic study and 2-D device simulation. Due to the progress of process technique, the device size has been scaled quite aggressively. Within the small volume of the transistor channel, even a small variation in the number of impurity atoms will bring a very significant impact to the effective doping density. If the classical relationship between threshold voltage and doping density continues to hold, controlling VT very precisely w