基于化合物半导体材料的新型器件模型模拟研究

Compound semiconductors are one of the most potential candidates for future high-speed, high energy efficient application due to their unique material property. This project will focus on the compound semiconductors based novel devices such as the NW FETs, QW FET, TFETs. By investigating the transport mechanism of the compound semiconductors, the model and calculator of the carriers transport in nano scale, various structures with strain effect of compound semiconductors will be developed. For the requirement of design and optimization for the compound semiconductors devices, the device simulation method will be investigated. Based on the self-consistent method for solving 8×8 k•p Schrӧdinger and Poisson equations we developed, and the multi-level device simulator for nano scale devices we developed, we will further develop the compound semiconductors device simulator including band to band tunneling , THz detection and generation. We will develop the devices model for circuits simulation for design compound semiconductors devices based ICs..The works we will finish are the key points for the challenge of device simulating for nano-scale, compound semiconductor devices. Our work can help to develop CAD tool for the next generation of semiconductor devices.

本项目将面向基于化合物半导体材料的新型器件，开展适于材料变化、计入应变影响的半导体器件模型模拟方法研究；针对化合物半导体材料的特点，开展纳米尺度下、复杂结构的化合物半导体器件中载流子输运特性的研究并建立相应的模拟方法和模型；面向基于化合物半导体材料的新型高能效器件设计与优化的需求，开展基于化合物半导体材料的新型高能效器件模拟和建模研究，为这类器件的设计和优化提供工具，为这类器件的应用提供适于电路模拟的模型；同时探索研究适于太赫兹产生和探测以及光电转换的新型化合物半导体器件的模型模拟方法，为化合物半导体器件在太赫兹及光电领域的应用研究提供理论工具。相关研究工作将为新一代高能效、多样化的半导体器件设计提供理论和工具，为我国微电子科学技术的可持续发展奠定理论基础。

面向基于化合物半导体材料的新型高能效器件,开展适于材料变化、计入应变影响的半导体器件模型模拟方法研究；针对化合物半导体材料的特点,开展复杂结构的化合物半导体器件中载流子输运特性的研究；建立了适于计算材料组分变化、晶向变化、计入应力影响的化合物半导体器件中载流子输运模型，编写了适于研究III-V化合物器件输运特性的完整、统一、高效的模拟，编写了通用的适于不同材料组分变化、晶向变化、计入应力影响的化合物半导体器件模拟程序。面向基于化合物半导体材料的新型高能效器件设计与优化的需求,开展基于化合物半导体材料的新型高能效器件模拟和建模研究, 建立了弹道和准弹道输运条件下III-V族化合物半导体场效应晶体管的模型以及相应的漂移扩散模型，建立了的包括模型库和参数库两个部分在内的数据库，对所建立的模拟程序、模型及相应参数等进行了验证和校准，使所建立的模型更具实用性，为化合物半导体器件的设计和优化提供工具。探索研究适于太赫兹产生和探测以及光电转换的新型化合物半导体器件的模型模拟方法, 提出了模拟基于场效应晶体管的THz产生和探测的方法并开发了模拟程序，为化合物半导体器件在太赫兹及光电领域的应用研究提供理论工具。针对器件的可靠性问题，建立了MOS器件的栅介质可靠性模拟程序。相关成果为III-V族化合物半导体CMOS器件的材料选择和结构优化提供了理论依据和辅助设计工具。为新型器件的结构设计、材料选择、MOS器件可靠性评估和器件、集成电路协同优化提供基础，有助于新一代集成电路TCAD工具的开发。. 项目执行期间，在国内外核心刊物和国际会议上发表论文26篇，全部被SCIE收录，其中SCI收录的期刊论文17篇，国际会议论文9篇，受邀在国际会议上做邀请报告1次。申请软件著作权登记2件。所发表的论文包括微电子器件领域旗舰国际会议IEDM论文3篇，IEEE-EDL/IEEE TED论文 8篇，中国科学等国内期刊论文3篇。在IPFA 2018上发表的研究自热引起的波动性和可靠性论文获大会最佳论文。