Study on Performance Increase and Fluctuation Suppression in Thin Film SOI MOSFET by utilizing quantum effects

利用量子效应提高薄膜SOI MOSFET性能并抑制波动的研究

基本信息

  • 批准号:
    10555117
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 8.06万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B).
  • 财政年份:
    1998
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    1998 至 2000
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The purpose of this study is to increase the performance and suppress the fluctuations in scaled MOSFETs by utilizing the quantum effects. We fabricated ultra-narrow channel MOSFETS and observed the threshold voltage increase by the quantum effect, which is confirmed by the numerical simulations. In the experiments, in order to confine electrons not only vertically but also laterally, extremely narrow silicon channels are fabricated by the electron beam lithography and dry etching technique. The channel width is varied from 2nm to 100nm. The channel width is very uniform and its distribution is less than 2nm. The dependences on channel orientation and polarity of carriers are also investigated. The threshold voltane rapidly increases when the channel width is less than 10 nm both in NMOS and PMOS.In order to clarify the origin of these phenomena, the Schrodinger equations are solved by the finite element method and the electron states in narrow channels are obtained. The results show that the threshold voltage increase is caused by the quantum confinement. We refer to this effect as the quantum mechanical narrow channel effect. This effect can be utilized to suppress the fluctuations and control the threshold voltage.
这项研究的目的是通过利用量子效应来提高性能并抑制缩放MOSFET的波动。我们制造了超鼻涕通道MOSFET,并观察到通过量子效应的阈值电压增加,这通过数值模拟证实。在实验中,为了使电子不仅限制,而且横向局面,非常狭窄的硅通道是通过电子束光刻和干燥蚀刻技术制造的。通道宽度从2nm到100nm变化。通道宽度非常均匀,其分布小于2nm。还研究了对载体的通道方向和极性的依赖。当通道宽度在NMO和PMO中均小于10 nm时,阈值迅速增加。为了阐明这些现象的起源,通过有限元方法解决了Schrodinger方程,并且获得了狭窄通道中的电子状态。结果表明,阈值电压增加是由量子限制引起的。我们将此效果称为量子机械窄通道效应。该效果可以用于抑制波动并控制阈值电压。

项目成果

期刊论文数量(34)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
T.Hiramoto and H.Majima (Invited): "Characteristics of Silicon Nano-Scale Devices"Proceedings of International Conference on Simulation of Semiconductors Processes and Devices (SISPAD 2000), Seattle, USA. 179-183 (2000)
T.Hiramoto 和 H.Majima(特邀):“硅纳米级器件的特性”半导体工艺和器件模拟国际会议 (SISPAD 2000) 论文集,美国西雅图。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Toshiro Hiramoto: "Quantum Energy and Charging Energy in Point Contact MOSFETs acting as Single Electron Transistors" Superlattices and Microstructures. Vol.24,No.1/2. 237-263 (1999)
Toshiro Hiramoto:“充当单电子晶体管的点接触 MOSFET 中的量子能量和充电能量”超晶格和微结构。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Toshiro Hiramoto (Invited): "To fill the gap between Si-ULSI and nanodevices"International Journal of High Speed Electronics and Systems (IJHSES). (掲載予定). (2000)
Toshiro Hiramoto(特邀):“填补Si-ULSI和纳米器件之间的空白”国际高速电子与系统杂志(IJHSES)(待出版)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
H.Majima,H.Ishikuro,and T.Hiramoto: ""Experimental Evidence for Quantum Mechanical Narrow Channel Effect in Ultra-Narrow MOSFETs""IEEE Electron Device Letters. Vol.21,No.8. 396-398 (2000)
H.Majima、H.Ishikuro 和 T.Hiramoto:“超窄 MOSFET 中量子机械窄通道效应的实验证据””IEEE 电子器件快报。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
H.Majima,H.Ishikuro, and T.Hiramoto: "Threshold Voltage Shift in Ultra-Narrow MOSFETs by Quantum Mechanical Narrow Channel Effect"Abstracts of 1999 Silicon Nanoelectronics Workshop. 76-77 (1999)
H.Majima、H.Ishikuro 和 T.Hiramoto:“量子机械窄通道效应导致​​超窄 MOSFET 的阈值电压偏移”1999 年硅纳米电子学研讨会摘要。
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