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申请/专利权人：复旦大学

摘要：本发明属于半导体集成电路技术领域，具体为一种SOIMOSFET表面势计算方法。本发明根据SOIMOSFET结构特点，给出SOI半导体硅膜内的泊松方程表达式，并通过对泊松方程进行一次积分得到表面势满足的方程SPE；然后根据SOI器件的不同状态，将不同栅压下的半导体分为不同工作区并取近似，设计较优的初值函数，以便准确快速地得到表面势解析近似解。在取得的近似的基础上，通过两次修正以保证计算准确性。本发明方法与仿真和实验结果都高度吻合。本发明物理概念清晰，计算精度高，且保证计算效率。本发明对后续电路设计有着重要意义。

主权项：1.一种SOIMOSFET表面势计算方法，其特征在于，首先根据器件物理结构，给出SOI半导体硅膜内的泊松方程表达式，并通过对泊松方程进行一次积分得到表面势满足的方程SPE；然后，根据SOI器件的不同状态，将不同栅压下的半导体分为不同工作区，并取近似，设计较优的初值函数，以便准确快速地得到表面势解析近似解；在取得的近似的基础上，通过两次修正以保证计算准确性；具体步骤为：步骤1、给出泊松方程原始形式：使用缓变沟道近似，得到沟道内的泊松方程为： 其中，x为垂直沟道方向位移，ψ为沟道电势，q为电子电量，分别为沟道施主和受主离化浓度，p为空穴浓度，n为自由电子浓度，εsi为硅介电常数；步骤2、求解泊松方程在栅氧化层与硅交界处，即x＝0和x＝tsi处的电位移矢量连续，利用这两个边界条件，求解泊松方程，得到： 其中：Hx,Δn＝G2[e-x+x-1+Δnex-x-1-χx]，3 式2称为表面势方程SPE；其中，udi定义为为准费米势，VGf为前栅电压，VGb为背栅电压，VFBf为前栅平带电压，VFBb为背栅平带电压，rt为前栅与背栅氧化层厚度之比，Vt为热电势，ψsf为前栅表面势，ψsb为背栅表面势，由下式定义： H为泊松方程右侧电子和空穴积分所得的函数；ψsb0为不考虑前栅与背栅之间耦合时的背栅表面势，rc为： ψc为： Coxb为背栅电容，Csi为tsi∈si；为方便标记，将记为xsf，将记为前栅电压xgf，同理将记为xsb，将记为xgb，Coxf为前栅单位面积电容，Coxb为背栅单位面积电容，Csi为硅膜单位面积电容，等于q为电荷常数，Na为等效的离化掺杂浓度，tsi为硅膜厚度，εsi为硅的介电常数，ni为本征载流子浓度；步骤3、构建动态耗尽SOIMOSFET表面势解析近似模型，用于在不同区域进行表面势方程的解析近似求解；首先，进行区域划分，具体如下：积累区：有效栅压小于零；部分耗尽区：有效栅压大于零后进入部分耗尽区，该区硅膜尚未完全耗尽；全耗尽区：硅膜完全耗尽，有效栅压超过xg,c，其中xg,c为恰好全耗尽时的临界有效栅压；强反型区：表面势超过2倍费米势，此时有效栅压超过udi，强反型会发生在部分耗尽区或全耗尽区；然后，确定表面势的初值，具体如下：1对于积累区，即前栅电压xgf0；在得到初始解时，电子浓度可忽略，为方便标记，令：ygf＝-xgf,ysf＝-xsf，9ygf-ysf2＝G2eysf-ysf-1，10当ygf很小时，ysf也很小，对式2泰勒展开，得到： 初始值z取为： 2在硅膜部分耗尽时，即0≤xgfudi时，表面势初值xdep计算如下：当xgf刚大于0时，器件为弱耗尽，可以忽略电子浓度，并考虑此时的表面势xsf也较小，2式可近似为：xgf-xsf2＝G2e-1+xsf-1，13求解上述方程，得到该区域的表面势初值xdep： 当栅压增大，器件达到强反型时，上式结果偏大，将其上限bx取为：bx＝un+2udi+3153表面耗尽、反型，但硅膜仍为部分耗尽时，即udi≤xgfxg,c，此时的表面势初值xPD为： 4硅膜全耗尽时，xgf≥xg,c，此时的表面势初值xFD计算如下：此时，忽略背栅电子浓度，将SPE改写为式17，利用该式推导该区域的表面势初值： 其中：xsb＝xsf-uc+rcxgb，18xsb为背栅表面势，uc为： 联立求解式17与式18，可得到该区域表面势初值；当器件表面处于耗尽，并且整个器件工作在全耗尽状态时，其初始值xFD为： 式20中，xsf,c的物理含义为，刚开始发生全耗尽时，取此时的前栅表面势为xsf,c；5根据耗尽区的初值，得到统一的耗尽区的初始值xunif为：xunif＝fPDxPD+fFDxFD21其中： 利用前面结果，强反型区、耗尽区综合初始值oriunif取为： xinv≡un+2udi24利用式12与式23，得到各区域对应的初始值函数，在初始值的基础上，通过解析方式修正该初值可以求解式2所表示的SPE方程，最终得到表面势。

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