Compact modeling of multiple gate mos devices.

Resumen

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. 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. El disseny de circuits nanomètrics necessita models acurats dels dispositius MOS de porta múltiple. A més, els models han désser analítics, de manera que els puguin utilitzar els simuladors de circuits, amb temps de simulació petits i sense problemes de convergencia. Aquesta tesi presenta models analítics dels transistors multi-gate MOSFETs, tant per al comportament electrostàtic com pels mecanismes de transport. Lelectrostàtica ha estat modelada a partir de lequació de Poisson en 2 o 3 dimensions. Shan desenvolupat tècniques per resoldre analíticament lequació de Poisson. El fet de què els models es derivin duna anàlisi bidimensional o tridimensional fa que els efectes de canal curt sincloguin de manera física, sense paràmetres empírics. Els models analítics resultants shan comparat amb simulacions numèriques bidimensionals i tridimensionals, i sha observat una concordància quasi perfecta fins als 20 nm de longitud de canal. En el cas del FinFET, a més, sha pogut realitzar una comparació amb mesures experimentals, que ha resultat bastant exitosa. Aquesta tesi està recolzada per un total 7 articles publicats o acceptats a revistes internacionals, i dos més denviats. MODELADO COMPACTO DE DISPOSITIVOS MOSFET DE PUERTA MÚLTIPLE Hamdy M. Abd El Hamid Resumen En esta tesis hemos estudiado las características de los dispositivos MOSFET no dopados de puerta múltiple (multiple-gate MOSFETs), con dimensiones nanométricas. Hemos introducido modelos compactos de los efectos de canal corto (SCEs) para tres tipos de dispositivos MOS de puerta múltiple (surrounding-gate MOSFET, double-gate MOSFET, y FinFET). Se han conseguido modelar los principales parámetros afectados por los efectos de canal corto. Este trabajo supone un avance muy importante en el modelado de los nuevos dispositivos nanométricos MOS de puerta múltiple. Una buena prueba de ello es que la mayor parte de los resultados presentados en esta tesis se han publicado (o están aceptados para publicación) en prestigiosas revistas internacionales y en actas de congresos internacionales de reconocido prestigio.