Compact modeling of multiple gate mos devices.

Abstract

Aquesta tesi doctoral presenta models analítics electrostàtics i de transport de diferents tipus de transistors MOSFET de porta múltiple: Double-Gate (DG) MOSFET, Gate-All-Around MOSFETs i FinFETs.<br/>Les estructures de porta múltiple són les més adequades per aconseguir la miniaturització dels circuits CMOS per sota dels 50 nm de longitud de canal. La reducció del tamany implica més velocitat i més densitat de circuits a un xip, però també dóna lloc a problemes (efectes de canal curt) que empitjoren les prestacions dels transistors; aquests problemes es deuen a un control més deficient del canal per la porta, que causa un augment del corrent de fuites (degradant la relació on/off del corrent) i disminució de la resistència de sortida (degradant el guany). Amb les estructures de porta múltiple el control electrostàtic del canal per la porta augmenta considerablement i els efectes de canal curt es redueixen dràsticament.<br/>El disseny de circuits nanomètrics necessita models acurats dels dispositius MOS de porta múltiple. A més, els models han d'ésser analítics, de manera que els puguin utilitzar els simuladors de circuits, amb temps de simulació petits i sense problemes de convergencia.<br/>Aquesta tesi presenta models analítics dels transistors multi-gate MOSFETs, tant per al comportament electrostàtic com pels mecanismes de transport. L'electrostàtica ha estat modelada a partir de l'equació de Poisson en 2 o 3 dimensions. S'han desenvolupat tècniques per resoldre analíticament l'equació de Poisson. El fet de què els models es derivin d'una anàlisi bidimensional o tridimensional fa que els efectes de canal curt s'incloguin de manera física, sense paràmetres empírics. Els models analítics resultants s'han comparat amb simulacions numèriques bidimensionals i tridimensionals, i s'ha observat una concordància quasi perfecta fins als 20 nm de longitud de canal. En el cas del FinFET, a més, s'ha pogut realitzar una comparació amb mesures experimentals, que ha resultat bastant exitosa.<br/>Aquesta tesi està recolzada per un total 7 articles publicats o acceptats a revistes internacionals, i dos més d'enviats.

En esta tesis hemos estudiado las características de los dispositivos MOSFET nodopados de puerta múltiple (multiple-gate MOSFETs), con dimensiones nanométricas.Hemos introducido modelos compactos de los efectos de canal corto (SCEs) para trestipos de dispositivos MOS de puerta múltiple (surrounding-gate MOSFET, double-gateMOSFET, y FinFET). Se han conseguido modelar los principales parámetros afectadospor los efectos de canal corto. Este trabajo supone un avance muy importante en el modelado de los nuevosdispositivos nanométricos MOS de puerta múltiple. Una buena prueba de ello es que lamayor parte de los resultados presentados en esta tesis se han publicado (o estánaceptados para publicación) en prestigiosas revistas internacionales y en actas decongresos internacionales de reconocido prestigio.