×
胡朗华；陈，段；魏国伟

几何效应、热效应和隧道效应对纳米晶体管的影响。 （英语） Zbl 1349.94164号

J.计算。物理学。 290, 169-187 (2015).
摘要：电子晶体管是现代先进电子设备中大规模集成电路的基本构件，其尺寸已缩小到纳米级。量子动力学框架中的建模和仿真已成为研究这些纳米器件功能特性的重要工具。这项工作探索了半导体-绝缘体界面的几何形状、声子-电子相互作用以及三维纳米晶体管的量子隧道效应。首先，我们提出了一个双尺度能量泛函来描述器件材料介电连续统中的电子动力学。利用变分原理导出了耦合控制方程，即泊松-科恩-沙姆（PKS）方程。此外，我们发现，在给定的沟道横截面积和栅极电压下，沟道横截面周长最小的几何形状提供了最大的沟道电流，这表明超薄纳米晶体管在实际应用中可能不是很有效。此外，我们引入了一种新的方法来评估纳米晶体管中的量子隧道效应，而不需要对经典预测和量子预测进行比较。研究发现，在给定沟道横截面积和栅极电压下，沟道横截面周长最小的几何体具有最小的量子隧穿比，这表明几何缺陷可以导致更高的几何约束和更大的量子隧道效应。此外，虽然声子-电子相互作用强度的增加会降低沟道电流，但对量子隧穿比没有太大影响。最后，应用了先进的数值技术，包括二阶椭圆界面方法，以确保当前PKS模拟的计算准确性和可靠性。

MSC公司：

94C05（二氧化碳） 解析电路理论

关键词：

纳米晶体管；泊松-科恩-沙姆方程；几何效应；隧道效应；热效应；匹配界面边界法

软件：

MIBPB公司
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
\textit{L.Hu}等人，J.Compute。物理学。290169-187（2015年；Zbl 1349.94164）
全文： 内政部

参考文献：

[1] 艾哈迈德·S·S。；林霍费尔，C。；Vasileska，D.，用于基于粒子的器件模拟的无参数有效势方法，IEEE Trans。纳米技术。，4, 456-471 (2008)
[2] 艾哈迈德·S·S。；Vasileska，D.，窄带SOI器件的建模，半秒。科学。技术。，19，S131-S133（2004）
[3] 安德烈，P。；Mayergoyz，I.，通过自洽泊松-薛定谔计算分析半导体器件中的涨落，J.Appl。物理。，96, 2071-2079 (2004)
[4] Barraud，S.，超薄SOI，sSOI和GeOI器件中声子限制电子迁移率的量子化效应，Semisecond。科学。技术。，22, 413-417 (2007)
[5] 贝德纳雷克，S。；Szafran，B。；Adamowski，J.，单电子晶体管泊松-薛定谔问题的解决方案，物理学。版本B，61，4461-4464（2000）
[6] Borli，H。；科尔伯格，S。；Fjeldly，T.A。；Iniguez，B.，《短沟道双栅和栅全向MOSFET的精确建模框架》，IEEE Trans。电子器件，552678-2686（2008）·Zbl 1159.82331号
[7] Bufler，F.M。；申克，A。；Fichtner，W.，《高效蒙特卡罗设备建模》，IEEE Trans。电子器件，471891-1897（2000）
[8] 陈，D。；陈，Z。；陈，C。；Geng，W.H。；Wei，G.W.，MIBPB：静电分析软件包，J.Compute。化学。，32, 657-670 (2011)
[9] 陈，D。；Wei，G.W.，纳米电子器件中电子结构、材料界面和随机掺杂的建模与模拟，J.Compute。物理。，229, 4431-4460 (2010) ·Zbl 1191.82113号
[10] 陈，D。；Wei，G.W.，质子传输连续统中的量子动力学I：基本公式，Commun。计算。物理。，13, 285-324 (2013)
[11] Cheng，Y。；甘巴，I.M。；Proft，J.，线性Vlasov-Boltzmann输运方程的保正间断Galerkin格式，数学。计算。，81, 153-190 (2012) ·Zbl 1233.82036号
[12] Cheng，Y.D。；甘巴，I.M。；Majorana，A。；Shu，C.W.，纳米器件中Boltzmann Poisson系统的不连续伽辽金解算器，计算。方法应用。机械。工程，198，3130-3150（2009）·Zbl 1229.82005年
[13] 崔，Y。；钟，Z。；王，D。；Wang，W.U。；Lieber，C.M.，《高性能硅纳米线场效应晶体管》，Nano Lett。，3, 149-152 (2003)
[14] Datta，S.，纳米器件建模：格林函数方法，超晶格微结构。，28, 253-278 (2000)
[15] Datta，S.，《介观系统中的电子输运》（1995），剑桥大学出版社
[16] Gummel，H.K.，《一维稳态晶体管计算的自洽迭代方案》，IEEE Trans。电子器件，1455-465（1964）
[17] de Falco，C。；杰罗姆，J.W。；Sacco，R.，Quantum修正漂移扩散模型：解不动点映射和有限元近似，J.Compute。物理。，228, 1770-1789 (2009) ·Zbl 1158.82012年
[18] 段晓凤。；黄，Y。；周，Y。；Wang，J.F。；Lieber，C.M.，磷化铟纳米线作为纳米电子和光电子器件的构件，《自然》，409，66-69（2001）
[19] 费里尔，M。；克莱尔·R。；吉巴多，G。；Boeuf，F。；Skotnicki，T.，应变和非应变块状nMOSFET量化的分析模型及其对准平衡电流的影响，固体电子。，50, 69-77 (2006)
[20] Fischetti，M.V.，《研究小型半导体器件中电子输运的主方程方法》，Phys。B版，594901-4917（1999）
[21] Gaillardon，P。；克莱米迪，F。；奥康纳，I。；刘杰。；阿马杜，M。；Nicolescu，G.，基于矩阵纳米器件的逻辑架构和相关功能映射方法，ACM J.Emerg.Technol。计算。系统。，7, 1-23 (2011)
[22] 格罗斯，W.J。；Vasileska，D。；Ferry，D.K.，《超小型金属氧化物半导体场效应晶体管的三维模拟：分立杂质对器件终端特性的作用》，J.Appl。物理。，91, 6, 3737-3740 (2002)
[23] 韩志勇。；戈尔茨曼，N。；Lin，C.K.，利用Wigner-Boltzmann方程对半经典二维器件建模进行量子修正，固态电子。，49, 145-154 (2005)
[24] 美国哈博拉。；Mukamel，S.，多体系统的超算符非平衡格林函数理论；应用于开放连接中的电荷转移和传输，Phys。众议员，465，191-222（2008）
[25] Hohenberg，P。；Kohn，W.，《非均匀电子气体》，Phys。版本136，B864-B871（1964）
[26] 姜浩。；Shao，S.H。；蔡伟（Cai，W.）。；Zhang，P.W.，纳米MOSFET中量子输运的非平衡格林函数（NEGF）方法中的边界处理，J.Comput。物理。，227, 6553-6573 (2008) ·Zbl 1151.82395号
[27] 蒋，X。；邓海霞。；罗，J.W。；李S.S。；Wang，L.W.，《关于25-nm MOSFET中随机掺杂诱导效应的全三维原子量子力学研究》，IEEE Trans。电子器件，551720-1726（2008）
[28] Jogai，B.，表面状态对AlGaN/GaN异质结场效应晶体管中二维电子气的影响，J.Appl。物理。，93, 1631-1635 (2003)
[29] Khan，H.R。；瓦西里斯卡博士。；Ahmed，S.S.，《FinFet:使用FMM和无意掺杂对器件操作的影响进行3D MC模拟》，J.Compute。电子。，3, 337-340 (2004)
[30] Khan，T。；Vasileska，D。；Thornton，T.J.，界面粗糙度对硅-绝缘-金属-半导体场效应晶体管迁移率和器件低功率高频操作的影响，J.Vac。科学。Technol公司。B、 1782-1784年4月23日（2005年）
[31] 科恩，W。；Sham，L.J.，《包含交换和相关效应的自洽方程》，《物理学》。修订版，140，A1133-A1138（1965）
[32] S.O.科斯瓦塔。；哈桑，S。；Lundstrom，M.S。；Anantram，M.P。；尼科诺夫，D.E.，碳纳米管晶体管中声子散射的非平衡格林函数处理，IEEE Trans。电子器件，54，9，2339-2351（2007）
[33] Luscombe，J.H。；Bouchard，A.M。；Luban，M.，量子纳米结构中的电子约束——自洽泊松-薛定谔理论，物理学。B版，46，10262-10268（1992）
[34] McKinnon，W.R.，Fokker-Planck将半导体中载流子输运的单通量方法扩展到可变能量的方法，J.Appl。物理。，94, 4986-4994 (2003)
[35] Pal，H.S。；尼科诺夫，D.E。；Kim，R。；Lundstrom，M.S.，平面MOSFET中的电子-声子散射：NEGF和蒙特卡罗方法（2012）
[36] 帕尔·R。；Yang，W.，原子和分子的密度泛函理论（1989）
[37] 任，Z。；右Venugopal。；果阿斯肯，S。；达塔，S。；Lundstrom，M.S.，nanoMOS 2.5：双栅MOSFET量子传输的二维模拟器，IEEE Trans。电子器件，50，1914-1925（2003）
[38] Scaldaferri，S。；库拉托拉，G。；Iannaccone，G.，纳米MOSFET的Boltzmann传输方程和Poisson-Schrödinger方程的直接解，IEEE Trans。电子器件，54，2901-2909（2007）
[39] Slater，J.C.，Hartree-Fock方法的简化，Phys。修订版，81，385-390（1951）·Zbl 0042.23202号
[40] Snider，R.F.，简并内态的量子力学修正玻尔兹曼方程，化学杂志。物理。，321051-1060（1960年）
[41] Trellakis，A。；Galick，A.T。；Pacelli，A。；Ravaioli，U.，量子结构中二维Schrödinger-Poisson方程解的迭代方案，J.Appl。物理。，81, 7880-7884 (1997)
[42] Waldmann，L.，Die Boltzmann-Gleichung fur Gase mit rotierenden Molekulen，Z.Naturforsch。泰尔A，12660-662（1957）·Zbl 0079.21902
[43] Wang，J。；波利齐，E。；Lundstrom，M.，《有效质量近似下硅纳米线晶体管的三维量子模拟》，J.Appl。物理。，96, 2192-2203 (2004)
[44] Xu，Y。；Zhu，K。；Yan，S。；Z.Jin。；王，Y。；陈，H。；罗，J。；Yu，B.，纳米谐振器中的量子和热机械噪声压缩：比较研究，应用。物理学。莱特。，100, 023105 (2012)
[45] Yu，B。；Chang，L。；艾哈迈德，S。；Wang，H.H。；贝尔，S。；杨，C。；Tabery，C。；Ho，C。；项，Q。；金，T。；Bokor，J。；胡，C。；林，M。；Kyser，D.，FinFET缩放到10 nm栅极长度，技术挖掘。，国际电子设备会议。，251-254 (2002)
[46] Yu，B。；Wann，C.H.J。；诺瓦克，E.D。；野田佳彦。；Hu，C.M.，深亚微米MOSFET横向沟道工程改善的短通道效应，IEEE Trans。电子器件，44，627-634（1997）
[47] Yu，S.N。；Geng，W.H。；Wei，G.W.，隐式溶剂模型中几何奇点的处理，J.Chem。物理。，126, 244108 (2007)
[48] Yu，S.N。；周Y.C。；Wei，G.W.，具有锐边界面的椭圆问题的匹配界面和边界（MIB）方法，J.Compute。物理。，2242279-756（2007年）·Zbl 1120.65333号
[49] 周Y.C。；Wei，G.W.，关于匹配界面和边界（MIB）方法的虚拟域和插值公式，J.Compute。物理。，219, 1, 228-246 (2006) ·Zbl 1105.65108号
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。