隨著半導(dǎo)體行業(yè)的最新進(jìn)展，對(duì)具有金屬源極和漏極觸點(diǎn)的肖特基勢(shì)壘 (SB) MOSFET 的研究正在興起。在 SB MOSFET 中，源極和漏極構(gòu)成硅化物，而不是傳統(tǒng)的摻雜硅。SB MOSFET 的一個(gè)顯著特征是一個(gè)特殊的二極管，例如在 I d -V ds特性的三極管操作期間呈指數(shù)電流增加。這發(fā)生在相對(duì)于在邏輯電路中應(yīng)用此類器件而言極不可能出現(xiàn)小的偏置電壓時(shí)。

半導(dǎo)體界面處的費(fèi)米能級(jí)釘扎通常發(fā)生在帶隙內(nèi)。這導(dǎo)致在接觸通道接口處產(chǎn)生顯著的 SB。這會(huì)顯著影響SB MOSFET 的電氣特性，導(dǎo)致導(dǎo)通性能和開關(guān)動(dòng)作下降。

本文介紹了 SB MOSFET 的特性和特性，以及為什么次線性是由于源極側(cè)而不是漏極側(cè)。為了支持要使用的各種實(shí)驗(yàn)和模擬，使用了具有硅化鎳源極和漏極觸點(diǎn)的雙柵極硅納米線晶體管。

該晶體管有兩種工作模式：在第一種模式中，Gate 1 用于控制流過(guò)器件的電流，同時(shí)在 Gate 2 上施加一個(gè)大于 Gate 1的最大Vgs的恒定電壓。第二次操作，程序柵極在源極，控制柵極在漏極，兩個(gè)電極的邊緣場(chǎng)調(diào)節(jié)兩個(gè)電極之間未覆蓋的硅通道（p型，10 15 cm -3）的電荷載流子濃度柵電極，因此允許設(shè)備的正確操作。單擊此處訪問原始文章。

肖特基勢(shì)壘二極管次線性行為分析的仿真

圖 1：雙柵極納米線 FET

為了研究 SB FET 的亞線性 I d -V ds行為，已經(jīng)使用非平衡格林函數(shù)形式進(jìn)行了自洽 Poisson-Schr?dinger 模擬。到目前為止，考慮的是具有金屬觸點(diǎn)的納米線 FET，其在源極處表現(xiàn)出 SB Ф s SB，在漏極觸點(diǎn)處表現(xiàn)出 Ф d SB，如圖 1 所示。

圖 2：沿 SB MOSFET 電流傳輸方向的導(dǎo)帶和價(jià)帶

如圖 2 所示，假設(shè)源極和漏極與納米線接觸，這適用于硅化物接觸，并描述了沉積到納米線和金屬納米線耦合的接觸，這并不弱。在本實(shí)驗(yàn)中，假定了 d nw的納米線，它足夠薄，足以解釋一維電子傳輸，可以認(rèn)為在很寬的溝道摻雜濃度范圍內(nèi)完全耗盡。因此，這改變了溝道摻雜中的內(nèi)建電位Ф bi。該設(shè)備的靜電可以在泊松方程中進(jìn)行修改。

由上式可知，λ是電位變化的屏蔽長(zhǎng)度尺度，反映了所考慮的器件幾何形狀，Ф g + Ф bi是柵極和內(nèi)置勢(shì)能，Ф f ( x ) 是通道處的勢(shì)能介電界面。此外，n ( x ) 是移動(dòng)電荷密度，ε 0 是納米線的真空度和相對(duì)介電常數(shù)。

仿真后得到的結(jié)果（肖特基勢(shì)壘）

在單柵極器件的情況下，λ = (( ε nw / ε ox ) d nw d ox ) 1/2其中d nw = 1 nm 和d ox = 4 nm 均可獲得相同的屏蔽。因此，屏蔽長(zhǎng)度λ在兩種情況下都是常數(shù)，導(dǎo)致電荷密度和電勢(shì)的差異。

圖 3：納米線 SB MOSFET 的輸出特性

次線性行為隨著Φ d SB 的減小而降低，可以看出漏端的SB 消失了。當(dāng)查看不同偏置電壓的導(dǎo)帶時(shí)，可以理解亞線性行為的原因，如圖 4 所示。

圖 4：能帶剖面（實(shí)線）和準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)（虛線）

在圖 4 中，準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)在源極側(cè)下降，因此與漏極費(fèi)米能級(jí)處于同一水平。因此，在這種情況下，次線性行為完全歸因于 SB 的源端。在圖 3 中，如圖 4 所示，相當(dāng)一部分施加的偏壓在漏極 SB 上下降，這再次導(dǎo)致亞線性行為。

圖 5：固定 V gs = 1.4 V 的納米線 SB MOSFET 的輸出特性

在圖 5中，提到了d nw和d ox 。如果d nw 減小且d ox增加，則出現(xiàn)增加的亞線性行為。這導(dǎo)致具有較大漏極電壓的源極側(cè)的電位分布的更強(qiáng)的電荷介導(dǎo)影響。除此之外，載流子密度降低，氧化物電容增加，因此，電荷對(duì)電位分布的影響較小，如圖 4 所示。

結(jié)論

漏極電流隨 V ds的次線性增加已通過(guò)各種模擬顯示，這是由于溝道中的電荷對(duì)通過(guò) SB MOSFET 源極側(cè)的載流子注入的影響而發(fā)生的。如模擬所示，當(dāng) V ds增加時(shí)，通道中的電荷從平衡值動(dòng)態(tài)減少到與通過(guò) SB MOSFET 源極的傳輸概率成比例的值。

當(dāng)電荷產(chǎn)生增加的增益影響時(shí)，可以觀察到 SB MOSFET 的典型次線性輸出特性。使用雙柵硅納米線 SB MOSFET 的測(cè)量值進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

審核編輯：湯梓紅