纳米尺度新型MOS器件的量子模型研究

半导体工业的快速发展使MOS器件达到纳米尺度，逼近了硅基半导体器件的物理极限，出现了一系列严重影响器件性能的新现象和效应，为此需要在新型MOS器件中选用新材料，应用新结构。经典的MOS器件模型基于粒子图景的载流子输运理论，基于单晶能带结构有效质量近似，适用范围越来越小。.本课题组在前期工作中对新型MOS器件的建模进行了研究，考虑了纳米尺度下器件的量子效应，取得了一些算法和论文成果。课题组拟在此基础上，基于器件的能带结构和量子输运理论，发展新型MOS器件的物理模型，实现相应的快速数值算法，开发和完善包含量子效应的用于电路设计的集约模型。本课题充分利用科学计算、半导体物理、微电子学等各学科的进展，研究纳米尺度新型MOS器件的数值模型和集约模型，具有高度的理论指导意义和工程应用价值。

集成电路器件尺寸进入纳米尺度，其建模、模拟、互联都表现出与传统结构不同的特点，本课题研究的内容包括新型硅基、碳基纳米器件的数值模拟、集约模型、结构优化、器件互联等内容，主要取得了以下成果：1）在纳米器件的新型互联研究中，建立了基于热传导的多壁碳纳米管的热传导模型，基于信号完整性的碳纳米管互联线模型，和多壁碳纳米管互联的时延模型；2）在新型器件的集约模型和数值模型研究中，提出了一种新型的硅基器件集约模型，分析了石墨烯器件工作机理，仿真了石墨烯器件中的输运特性，并建立了基于Verilog-A的电路模型，基于非平衡格林函数量子输运研究了硅基器件中的二维输运；3）在新型功率器件分析和结构优化中，提出了一种N型埋层的LDMOS结构，提高了器件的耐压，研究了PSOI窗口极性对器件特性的影响，分析了小尺寸薄膜PSOI-LDMOS的翘曲效应；4）并提出了一种基于成本驱动的三维芯片模型。发表国际期刊论文14篇，国内期刊论文4篇，国际会议论文4篇，培养博士毕业生3人，硕士毕业生3人。