Текст на разработка на инструменти за симулация на транзистори MOSFET
Университет на Сантяго де Компостела
Катедра по електроника и изчисления
РАЗВИТИЕ НА ИНСТРУМЕНТИ ЗА
СИМУЛИРАНЕ НА МОЗФЕТ транзистори
Представено от: Manuel Antonio Aldegunde Rodrguez
Режисьор: Антонио Хесус Гарса Лурейро
Сантяго де Компостела, март 2009 г.
Д-р Антонио Хесус Гарса Лурейро, доцент в Катедрата по електроника в Университета на Сантяго де Компостела
Докладът, озаглавен „Разработване на инструменти за симулация на MOSFET транзистори“, е изготвен от г-н Мануел Антонио Алдегунде Родгес под моето ръководство в Катедрата по електроника и изчисления на Университета в Сантяго де Компостела и представлява тезата, която той предлага да избере за степен доктор по физически науки.
Сантяго де Компостела, март 2009 г.
Подписано: Антонио Хесус Гарса Лурейро Директор на дисертацията
Подписано: Хавиер Даз Бругера Директор на Катедрата по електроника и изчисления
Подписано: Manuel Antonio Aldegunde Rodrguez Автор на дисертацията
На първо място, бих искал да изкажа своята благодарност на всички онези хора, които, въпреки че не го посочвам изрично в следващите параграфи, ми помогнаха да направя този спомен.
Моят режисьор Антонио Гарка Лурейро заслужава специални благодарности за постоянната му помощ и подкрепа през повече от четири години на разработване на тази теза. Без неговите усилия и отдаденост в най-трудните моменти нямаше да стигна дотук.
На всички членове на катедрата по електроника и изчисления, особено членовете на групата за компютърна архитектура, за това, че ми предоставиха необходимата подкрепа за извършване на тази работа. Без улесненията, които ми предостави този доклад, също нямаше да е възможно. На моите колеги (и бивши колеги), особено Оскар, Хави, Диего, Дани, Хулио, Хуан Анхел, Фаби, Маркос, Крис, Раул и Енрике, за това, че са прекарали толкова часове в лабораторията приятно. И на Наталия, за помощта от първия ден, за търпението, за радостта и за приятелството.
Също така трябва да благодаря на членовете на Групата за моделиране на устройства на Университета в Глазгоу за тяхната доброта и сътрудничество по време на престоя ми в Шотландия. Сред тях трябва да се спомене професор Асен Асенов за приноса му в развитието на тази докторска дисертация и Карол Кална за постоянната му помощ, идеите и обясненията му, особено в първите ми стъпки с метода Монте Карло.
На EPCC и особено на CESGA за предоставяне и улесняване на достъпа до техните компютърни ресурси. До министерствата на науката и технологиите и по-късно на образованието и науката за финансиране чрез проекти TIN2004-07797-C02 и TIN 2007-67537-C03 и чрез безвъзмездна помощ от университетската програма за обучение на учители. Към Xunta de Galicia за финансиране чрез проектите DXIDI07TIC01CT и INCITE08PXIB206094PR.
Разбира се, семейството ми, за постоянната им подкрепа и помощ. А на приятелите ми ме накарайте да се махна от работа.
И отново на всички хора, които не съм посочил, които ми позволиха да стигна тук.
Науката винаги ще бъде търсене, никога истинско откритие. Това е пътуване, никога пристигане.
Почвите ме плашат. Искаш да кажеш височини, каза Конина. И спри да бъдеш глупав, знам какво имам предвид! Почвите са тези, които те убиват!
Rechicero. Тери Пратчет
1. MOSFET устройства 9
1.1. Конвенционалният MOSFET, мащабиране и текущо състояние на технологията. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2. Алтернативи на стандартните MOSFET транзистори. . . . . . . . . . . . . . . 121.2.1. Multiport MOSFETs. . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.2.2. Нови материали. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151.3. Симулационни техники. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.3.1. Плъзгане-дифузия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181.3.2. Хидродинамичен модел. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.
1.3.3. Монте Карло. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201.3.4. Квантов транспорт. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . двайсет
2. Генериране на тетраедрични мрежи 23
2.1. Класификация на окото. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.2. Методи за генериране на мрежи. . . . . . . . . . . . . . . . . 252.2.1. Триангулации на Делоне. . . . . . . . . . . . . . . 26
2.2.2. Усъвършенстван преден метод. . . . . . . . . . . . . . . . . . 312.2.3. Методи, базирани на рекурсивно разлагане на ес-
2.3. Генериране на окото с помощта на октри. . . . . . . . . . . . . . 362.3.1. Изграждане на октреята. . . . . . . . . . . . . . . . . . 372.3.2. Разлагане на крайните октанти в тетраедри 41
2.3.3. Примери: време за генериране на окото. . . . . 442.3.4. Примери: качество на окото. . . . . . . . . . . . . . 48
2.4. Генериране на атомни мрежи. . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.4.1. Теория на функционалността на плътността. . . . . . . . . . . . 57
2.4.2. Кристални региони. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
2.4.3. Интерфейсни региони. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.4.4. Аморфни региони. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
2.4.5. Качество на окото. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
2.5. Адаптивно усъвършенстване на тетраедрични мрежи. . . . . . . . . 71
3. Моделът на дифузионно плъзгане 75
3.1. Моделът на плъзгане и дифузия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.1.1. Уравнението на Поасон. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.1.2. Уравнения за приемственост. . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.1.3. Концентрация на носител. . . . . . . . . . . . . . . 79
3.1.4. Фактор поколение-рекомбинация. . . . . . . . . . . 85
3.2. Квантови корекции. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.2.1. Модел на градиента на плътността. . . . . . . . . . . . . . . . 88
3.2.2. Ефективният модел на ръба на проводната лента. . . . . . . . 90
3.2.3. Други подходи. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
3.3. Мащабиране на променливите. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
3.4. Дискретизиране на уравненията на плъзгане-дифузия и градиент на плътността. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
3.4.1. Метод на крайните елементи. . . . . . . . . . . . 95
3.4.2. Уравнението на Поасон. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
3.4.3. Уравнения за приемственост. . . . . . . . . . . . . . . . . 103
3.4.4. Уравнения на модела на градиента на плътността. . . . . . . . . 107
3.5. Паралелно решение на системи от уравнения. . . . . . . . . . 110
3.5.1. Дискретизирани системни уравнения. . . . . . . . . . . . 111
3.5.2. Метод на Гумел. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
3.5.3. Метод на Нютон-Рафсън. . . . . . . . . . . . . . . 114
3.5.4. Разделителна способност на линейни системи. . . . . . . . . . . . . . 115
3.6. Симулация на колебания в силициеви MOSFET устройства 117
3.6.1. Въздействие на полисилициевата гранулираност. . . . . . . . 117
3.6.2. Въздействие на някои не-идеали на оксидите с висока диелектрична проницаемост. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
3.6.3. Въздействие на случайни позиции на допанти. . 123
3.6.4. Въздействие на преходните области между материалите. 127
3.6.5. Симулация на колебания в IF III-V MOS-FET устройства. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
4. Методът за симулация на Монте Карло 137
4.1. Уравнение на транспорта на Болцман. . . . . . . . . . . . . . 138
4.2. Методът на Монте Карло, приложен за симулация на транспорт в полупроводници. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
4.2.1. Безплатен полет на превозвачите. . . . . . . . . . . . . . . 143
4.2.2. Дисперсия на носителя. . . . . . . . . . . . . . . . 144
4.3. Техники за успореждане на симулатора на Монте Карло. . . . . 144
4.4. Монте Карло симулации на транспорт в силиций. . . . . . . 148
4.4.1. Лентова структура и аналитичен подход. . . . . 149
4.4.2. Основни дисперсионни механизми. . . . . . . . . . 151
4.4.3. Резултати. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
4.5. Симулация на устройство: използване на тетраедрични мрежи. . . . . 157
4.5.1. Квантови корекции. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
4.5.2. Собствени сили: разпределение на товара и интерполация на електрическото поле. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
4.5.3. Инжектиране на носители върху омичните контакти. . 165
4.5.4. Интегриране на уравненията на движението. . . . . . 166
4.6. Симулация на 10 nm порта DG MOSFET. . . . . . 170
А. Разработване на инструменти за числена симулация на MOS-
A.1. Модифицирано генериране на мрежи от октри за структури от тип Манхатън 187
A.1.1. Стандартно поколение octree. . . . . . . . . . . . . . . . 188
A.1.2. Модифицирано поколение octree. . . . . . . . . . . . . . . . 188
A.1.3. Алгоритми за генериране на тетраедрични мрежи. . . . . . . . . 189
A.1.4. Качество на окото. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
А.2. Генериране на атомични мрежи за симулация на наномащабни MOS-FET . . . . .
- Крайно упражнение за изграждане на мускули на ръцете и корема, отслабване - MSN Health и
- УПРАЖНЕНИЯ ЗА БЕЗКРАЙНО ЗДРАВЕ, ПСИХИЧЕСКА ЯСНОСТ И ДУХОВНО РАЗВИТИЕ; Дзен макробиотичен институт
- Кръстосано обучение за развитие на компетентност - Блог P; ДА СЕ
- Обучението за всеки мъж Слабият мъж Укрепване, Развитие на м; sculo - MSN
- Как да се психизирам, за да отслабна