关于0.18μm H栅P-井SOI MOSFET器件设计与仿真的研究

简介：
本研究聚焦于0.18微米H栅P-井硅绝缘体(SOI)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的设计与仿真，深入探讨其在高性能集成电路中的应用潜力。 在微电子技术领域，绝缘体上硅（Silicon On Insulator, SOI）是一种关键的半导体材料，通过在其下方添加一层绝缘层（通常是二氧化硅），SOI有效地解决了传统体硅器件在恶劣环境尤其是高辐射条件下的性能问题。0.18μmH栅P-Well SOI MOSFET是其中一种重要结构，它具备超薄顶硅层和隔离的P-Well设计，在抗辐射性、电荷存储及传输效率方面表现出色。 利用先进的Sentaurus TCAD软件中的SDE（Sentaurus Structure Editor）工具可以精确构建0.18μmH栅P-Well SOI MOSFET器件。在设计阶段，首先设定X和Y轴范围为[-0.3, 0.3]以及Z轴的总厚度来覆盖硅衬底、绝缘氧化层及顶硅层等结构层次。接下来，在SDE工具中逐层构建这些层级的具体参数：例如，包括200纳米厚的硅衬底，150纳米厚的二氧化硅绝缘层和100纳米厚的顶硅层。此外还包括5纳米厚的顶层氧化物以及40纳米宽、位于栅极区域顶部的多晶硅门控结构。 P-Well形成是通过在顶硅层中注入硼粒子实现，剂量设定为每平方厘米1E+11个原子。随后使用Sentaurus Device工具进行电学特性仿真，这一步骤对于评估和优化器件性能至关重要。在此过程中需要设置源漏极的注入参数以及适当的网格参数以确保模拟精度与效率。 在完成仿真的基础上，通过INSPECT和TECPLOT_SV工具分析得到重要结果：阈值电压为1.104伏特（Vth=1.104V）及饱和电流3.121E-4安培（Idsat=3.121E-4A）。这些参数对于理解器件的开关特性、驱动能力以及功耗至关重要。 随着太空探索活动不断增加，对能在高辐射环境下稳定运行电子设备的需求日益增长。SOI MOSFET因其抗辐射性能和优越电气特性，在航天应用中尤为理想。特别是薄膜全耗尽型（FD-SOI）结构，由于其消除“翘曲效应”、低电场强度、高跨导以及出色的短沟道控制能力，被视为未来SOI技术的重要发展方向。 因此，对0.18μmH栅P-Well SOI MOSFET进行深入研究与优化设计对于推进航天工业的技术进步具有重要意义。