纳米尺度下垂直双栅MOSFET的优化设计与性能仿真

"垂直双栅MOSFET的性能设计和仿真分析" 本文深入探讨了纳米级别器件应用中的关键问题，特别是在垂直金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的设计与性能优化方面。文章重点研究了一种创新的垂直MOSFET结构，其特征在于在硅柱两侧的绝缘支柱上设置了双栅结构。这种设计是为了应对在纳米尺度下，传统平面MOSFET所面临的短沟道效应（SCE）等挑战。 短沟道效应是随着晶体管尺寸缩小而出现的现象，会导致控制栅对源漏电流的控制力减弱，影响器件性能。为解决这一问题，垂直MOSFET逐渐成为主流，因其能独立控制通道长度，同时保持较高的驱动电流和单位硅面积的密度。特别是，垂直双栅MOSFET在光刻技术的支持下，按照国际半导体技术发展路线图（ITRS）的要求，有望在45nm及更小尺寸的技术节点中发挥重要作用。 文章中提到了掺杂效应在垂直MOSFET设计中的关键作用。通常，垂直MOSFET的主体不进行掺杂，以减少阈值电压和驱动电流的波动，提高载流子迁移率，降低有效电场迁移率。然而，这限制了通过主体掺杂来调整阈值电压的能力。因此，文章提出了优化掺杂策略，以实现双栅结构的垂直MOSFET，这需要依赖可调的金属栅技术，以在芯片上实现多阈值电压的集成。 在具体的实验设计中，研究者模拟分析了具有50nm通道长度的垂直MOSFET，对比了其与传统平面MOSFET的性能。结果显示，优化掺杂能够显著提升垂直MOSFET的性能。此外，引入电介质容器（DP）的垂直MOSFET转塔结构进一步减少了源极和漏极间的电荷共享现象，增强了栅极对势垒区的控制，从而有效地抑制了短沟道效应。 总结来说，本文通过设计和仿真分析展示了垂直双栅MOSFET如何通过优化掺杂策略来提升性能，尤其是在纳米级领域对抗短沟道效应。这一研究对于推动纳米级别CMOS技术的发展具有重要的理论和实践意义，为未来高性能、低功耗的集成电路设计提供了新的思路。