Semiklassische Modellierung Des Ladungstransports in Inversionsschichten Fur Sub-100 NM-Sige-CMOS-Transistoren

Die immer hoheren Dotierungen und immer starkeren elektrischen Felder im Kanalgebiet von modernen CMOS-Transistoren fuhren dazu, dass Quanteneffekte bei der Simulation des Ladungstransports im Inversionskanal nicht langer vernachlassigt werden konnen. In dieser Arbeit wurde daher ein genaues und rechenzeiteffizientes Kanaltransportmodell fur p- und n-MOSFETs mit unverspannten und biaxial verspannten Siliziumkanalen entwickelt, das die wichtigsten Auswirkungen der bei der numerischen Simulation von modernen CMOS-Transistoren zu berucksichtigenden Quanteneffekte beschreibt. Das neue Modell ist gultig im Gittertemperaturbereich zwischen -73C und 227C, fur Dotierungen kleiner als 5e+18 /cm 3 und effektive vertikale Felder unterhalb von 2 MV/cm. Die Entwicklung dieses Transportmodells erfolgte im wesentlichen in zwei Schritten: Erstens wurde ein lokales Modell zur Berechnung der Ladungstragerdichte entwickelt ("Improved Modified Local Density Approximation"- oder IMLDA-Modell), mit dem die quantenmechanisch begrundete Ladungsumverteilung im Kanal naherungsweise ohne Erhohung der Rechenzeit berucksichtigt werden kann. Dazu wurde eine selbstkonsistente Losung von Schrodingergleichung und Poissongleichung (Referenzmodell) zur Erzeugung der zur Anpassung des IMLDA-Modells benotigten Referenzdaten entwickelt. Das entwickelte IMLDA-Modell reproduziert hervorragend relevante Ergebnisse des Referenzmodells, wie z.B. die Inversionsflachenladungsdichte und die wesentlichen Kapazitaten, fur einen grossen Temperatur- und Dotierungsbereich sowohl im unverspannten als auch im verspannten Silizium-Inversionskanal. Zweitens wurde ein empirisches lokales Kanalbeweglichkeitsmodell fur die quantenmechanisch korrekte Ladungstragerverteilung entwickelt. In diesem Zusammenhang wurden Kanalbeweglichkeiten aus Messungen bei hohen Dotierungen und hohen Temperaturen extrahiert. Die Messungen wurden von der Firma Infineon durchgefuhrt. Dabei wurde eine zuverlassige Methode zur Kanalbeweglichkeitsextraktion aus Messungen entwickelt. Bei Verwendung des neuen Kanaltransportmodells zeigt sich, dass Kapazitaten und Klemmenstrome auch bei sub-100 nm Transistoren sehr gut reproduziert werden konnen. Ein grosser Vorteil des neuen Modells ist seine zum klassischen Modell vergleichbar geringe Rechenzeit sowie seine numerische Robustheit und insbesondere seine einfache Implementierbarkeit in existierende Bauelementsimulatoren.