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新型部分耗尽SOI器件体接触结构
来源:本站整理  作者:佚名  2009-04-16 08:51:03



    图4是T型栅接触和新型体接触结构的输出特性随器件宽度变化情况对比。从图中可以清楚地发现T型栅在器件宽度较大时,漏电流特性变化更加剧烈,kink效应明显,而新结构没有出现kink效应。这是因为随着器件宽度的增加,H型栅体引出电阻增大,kink效应的触发电压逐渐降低。而新结构采用的侧向体引出结构,该结构的体电阻随器件宽度增加而减小。因而,在器件宽度较大时,该结构抑制浮体效应的效果明显。

    由此可见,器件的体引出电阻的大小对浮体效应的影响是至关重要的,为了有效抑制浮体效应,较小的器件体电阻是很必要的。C.F.Edwards等人报道了体接触电阻的一级近似计算公式

   
式中:Weff为有效沟道宽度;Leff为有效沟道长度;NA为沟道掺杂浓度;up为载流子迁移率;TSi为Si膜厚度;ε0和εSi分别为真空介电常数和相对介电常数。由式(1)可知,体电阻Rb跟Si膜厚TSi成反比,加大Si膜厚度可以降低体电阻。但是,通常SOI器件的源端和漏端都是扩散到埋氧层的,增大Si膜厚度会使器件源端和漏端与体区的接触面积增大,致使体寄生电容增大,从而影响器件性能,寄生电容的增大也会延长体放电的时间,不利于抑制浮体效应,而且,较大的源漏结深可能引起穿通效应。
    本文提出的体接触结构可以解决这一矛盾。该结构在源漏下面用低能量、低剂量注氧退火生成的局部氧化层,采用源漏浅结扩散,源漏区面积小,体区寄生电容比较小,而且寄生电容不会随着Si膜厚度的增加而增加。图5是膜厚度对体区空穴引出速度RbCb的影响。从图中可以看到,随着器件厚度的增加H型栅的RbCb延时趋于饱和,而新结构的延时随着Si膜厚度的增加而减小。这和刚才分析的结果相符合。说明随着器件宽度增加,H型栅结构的体电阻Rb减小,但与此同时,体电容Cb增大,在而且Cb增加的幅度和风减小的幅度一致,从而使得RbCb趋于饱和。而对于新体接触结构而言,电阻Rb随Si膜厚度增加而减小的同时,体电容Cb并不改变,因此,RbCb随Si膜加大而逐渐减小。以上的讨论结果说明,该结构可以在不增加寄生电容为代价的情况下,通过适当的增加Si膜厚度的方法来减小体引出电阻,从而更好地抑制浮体效应。需要注意的是,如果这种器件Si膜比较薄,由于采用侧向体引出结构,结深和局部埋氧层所占的空间导致体引出通道较窄,导致体电阻变大,这是不希望看到的,因此实际应用时,新结构器件的Si膜厚度必需足够大,实验数据表明,250 nm Si膜厚度的新结构器件和200 nm Si膜厚度的常规器件的体电阻大小相当,这说明在其他工艺参数相同的情况下,新结构器件的Si膜厚度要大于250 nm的情况下,其优势才会明显。另外,在Si膜较厚的情况下可以考虑用逆向掺杂技术使体区杂质浓度加大,进一步减小体电阻。这就要考虑工艺对浮体效应的影响,超出本文的讨论范围。关于工艺对浮体效应的影响将在以后做进一步研究。

3 结论
   
本文提出了一种体接触结构,与其他体接触技术相比,该方法的体引出电阻小,寄生电容小,体引出效果不受器件宽度的影响。并且可以在不增加寄生电容为代价的情况下,通过适当的增加Si膜厚度的方法减小体引出电阻,从而更好地抑制浮体效应。另外,由于源和漏的浅结扩散,没有达到SOI的BOX层,不会形成背栅开启的沟道,因此,该结构不存在背栅效应。

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