基于新型超薄沟道材料射频晶体管等效电路建模

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氧化铟锡和二硫化钼,作为原子层厚度的高迁移率新型超薄半导体材料,可抑制短沟道效应,提升栅控,并为高截止频率器件的实现提供可能,由此受射频领域工作者关注。此外,建模工作可预测器件性能指标,降低实验试错成本,很大程度促进射频领域发展。然而,针对新型超薄材料射频晶体管等效电路建模工作却少有展开。因此,为分析新材料器件的直流和射频特性,同时通过模型参数分析结果指导器件工艺和新材料生长的优化方向,本文开展氧化铟锡和双层二硫化钼射频晶体管建模工作,如下所示:(1)首先,为了解沟道材料物理特性和器件基本架构,本文简要介绍新型材料生长和射频器件制备工艺。紧接着,介绍器件的直流和射频测试,分析校准和去嵌流程以求得出精准测量数据。最后,介绍经典小信号电路模型结构和参数提取方法,为新材料射频器件建模做准备。(2)本文分析了氧化铟锡柔性背栅射频晶体管的小信号电路模型。首先,电容和电感的串联支路被并联到经典小信号电路模型输出端口,为了表征器件的沟道电流磁效应,提高对S22幅度的仿真精度。随后,三个不同栅长器件的S参数测试数据被模型精准拟合,证明该模型对器件尺寸具有良好缩放性。最后,通过分析三个不同栅长器件的模型参数结果,得出需减少交叠电容才可进一步优化短沟道氧化铟锡射频器件射频性能。(3)对双层二硫化钼顶栅射频器件进行小信号建模时,通过添加额外电流源、色散电阻Rdb和色散电容Cdb,成功模拟频率色散效应。随后添加Cgb模拟顶栅和衬底之间寄生通道,精准拟合高频下S21和S12的幅度。通过模型参数分析得出,需优化材料生长方法减少陷阱电荷,削弱频率色散效应对器件性能影响。通过分析硫化钼器件的直流输出特性,发现在高漏极电压存在Kink效应。随后分析成因,并改进原始Angelov直流模型。最终改进后直流模型成功表征Kink效应,实现对器件直流特性的精准拟合。
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