Advanced modeling of nanoscale multigate transistors for circuit simulation

Abstract

En esta tesis se han desarrolado modelos avanzados de transistores MOSFET multipuerta que serán usados en simuladores de circuitos. Entre los transistores estudiados en este trabajo se encuentran los transistores MOSFET de doble puerta (DGMOSFET), transistores surrounding gate (SGT) y transistores MOSFET de doble puerta basados en barrera Schottky (SD DGMOSFET). El capítulo dedicado a los transisitores DGMOSFET comienza con un estudio y caracterización de los efectos cuátnticos desde el punto de vista del modelado compacto. Se han caracterizado los efectos cuánticos por confinamiento geométrico y eléctrico en transistores con diferentes dimensiones y para los diferentes regímenes de operación usando orientaciones cristalográficas del sustrato diferentes de la estándard. El estudio del transistor MOSFET de doble puerta se ha completado con el desarrollo de un modelo de carga en inversión basado en un modelo del centroide de la carga en inversión mejorado que tiene en cuenta las diferentes orientaciones cristalográficas para transistores de tipo N y tipo P. Seguidamente se ha realizado una caracterización de la movilidad de bajo campo, concretamente para las componentes de la moviidad culombiana y la movilidad limitada por rugosidad superficial. Finalmente el capítulo dedicado a transistores DGMOSFET concluye con un modelo de corriente que tiene en cuenta efectos de canal corto como DIBL, velocity overshoot, saturación de la velocidad y modulación de la longitud del canal. Los modelos desarrollados para transistores DGMOSFET se han validado con datos de simulación obtenidos a partir de simuladores desarrollados en el grupo de nanoelecrónica de la Universidad de Granada. En el capítulo dedicado a los transistores SB DGMOSFET presenta un modelo de corriente para transistores MOSFET de doble puerta con barrera Schottky en los contactos de fuente y drenador. El modelo desarrollado es un modelo para transitores de canal largo que se caracteriza por ser un modelo explícito y analítico que reproduce adecuadamente una de las características más importantes de este tipo de transistores que es la ambipolaridad. El modelo desarrollado se ha validado con datos de simulación procedentes del simulador ATLAS de Silvaco. El estudio realizado para transistores SGT tiene una estructura similar al desarrollado para transistores SGT. En primer lugar se ha realizado una caracterización de los efectos cuánticos desde el punto de vista de modelado compacto para transistores SGT cilíndricos y rectangulares. Se ha desarrollado un modelo para la carga en inversión basado igualmente en el centroide de la carga en inversión y finalmente se incluye un modelo de la movilidad de bajo campo basado en el modelado de la componente por fonones y por rugosidad superficial. Los modelos desarrollados para transistores SGT se han validado con datos de simulación obtenidos a partir de simuladores desarrollados en el grupo de nanoelecrónica de la Universidad de Granada.