MOS器件仿真

对MOS器件阈值电压的仿真分析1、目的：•对MOS器件阈值电压进行理论和模拟分析，掌握仿真软件的相关流程和使用；•通过模拟分析，比较直观的进一步了解MOS器件阈值电压的相关特性。2、MOS器件阈值电压的理论分析MOS器件阈值电压如下：•阈值电压的物理意义：金属栅下面的半导体表面呈强反型，从而出现导电沟道时所需加的栅源电压。表面势或能带弯曲达到2B，硅电荷等于这个势的体耗尽层电荷时的栅电压。，典型值为0.6—0.9V。Vfb:多晶硅与氧化层的平带电压值•VgVt时，MOSFET中电流很小，叫截止区；•VgVt时，MOSFET像一个电阻一样。方块电阻为：，受栅电压调制。源程序（ATLAS—MOS1例子第一个）•goathena•#•linexloc=0.0spac=0.1•linexloc=0.2spac=0.006•linexloc=0.4spac=0.006•linexloc=0.6spac=0.01•#•lineyloc=0.0spac=0.002•lineyloc=0.2spac=0.005•lineyloc=0.5spac=0.05•lineyloc=0.8spac=0.15•#•initorientation=100c.phos=1e14space.mul=2•#pwellformationincludingmaskingoffofthenwell•#•diffustime=30temp=1000dryo2press=1.00hcl=3运行程序得到模拟器件结构图：分别改变模拟条件并运行•分别改变漏电压和温度，观察对阈值电压的影响。（1）改变漏电压•栅氧化层厚度：gateox=100.164angstroms(0.0100164um)•结深：extractname=nxjxjsiliconmat.occno=1x.val=0.1junc.occno=1nxj=0.174286umfromtopoffirstSiliconlayer•阈值电压：extractname=n1dvt1dvtntypevb=0qss=10000000000x.val=0.49n1dvt=0.633116VX.val=0.49•多晶硅表面浓度：chansurfconc=3.67176e+016atoms/cm3X.val=0.45杂质浓度如图3、结果记录与分析•（1）、改变漏电压提取参数日志：模拟I-V曲线ATLSORIGIN分别改变漏电压为0.1V，0.2V,0.3V得到曲线如下所示：分析：•由理论式分析，阈值电压值的变量是不含漏电压的，所以阈值电压是不随漏电压的改变而改变的。•经过实验发现，由于软件本身所限，对于本MOS器件漏电压取值是有限制的，不得超过0.4V，因此分别取0.1V，0.2V,0.3V，得到三组数据。•进行分析比较，可知阈值电压是不随漏电压的改变而改变的。并且由模拟分析当漏电压改变时，漏电流有明显变化（当漏电压变大时，漏电流增大），但阈值电压（mos器件工作开启电压点、开始产生漏电流点）基本不变。•理论与模拟结果基本吻合。（2）、改变温度•分别改变温度为300K，400K,500K，600KORIGIN软件曲线分析：•在“0”衬偏电压条件下，阈值电压与温度的关系：dTdmdTdEqdTdCqNdTdEqdTdVBgBoxBaSigt)12(21)/1(21)22(iaifBnNqkTln||kTEgCeNNni2/]21)[ln()])2/exp(ln([dTdEqdTNNdNNqkTNNNqkkTENNNqkTdTddTdgvcvcavcgvcaB因为NcandNvT3/2，所以：TNNdTNNdvcvc23dTdEqmNNNqkmdTdVgavct1]23)[ln()12(Na=1016cm-3，m=1.1时，dVt/dT典型值为-1mV/K。Na=1018cm-3，m=1.3时，dVt/dT典型值为-0.7mV/K。*掺杂浓度增加时，温度系数降低。例：温度每升高100度，阈值电压降低55-75mV。附：温度的影响由于温度对电子伏特（KT/q）以及本征载流子浓度等的影响，导致费米势随温度增大而减小，VT也就随温度增大而减小。而随着温度升高，晶格活动加剧，导致载流子速度降低；在小电流时，VT随温度的影响占主导地位，因此电流增大；而大电流时候，载流子随温度的影响占主导地位，因此电流减小。*在数字VLSI电路中，温度升高，阈值电压下降，漏电流增加，这是设计中必须考虑的问题。*典型值：对于MOSFET器件，100C时的开关漏电流是25C时的30-50倍。