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高k栅介质应变SiSOIMOSFET的阈值电压解析模型
摘要：
为了更好地理解和预测高K栅介质应变SiSOIMOSFET器件的性能，我们需要开发适当的数学模型。本文提出了一种新的阈值电压解析模型，该模型适用于高K栅介质应变SiSOIMOSFET器件，并考虑了各种指标如介电常数、栅极长度以及应变等的影响。通过实验验证，我们证明该模型能够准确地预测阈值电压，并解释电流行为。
正文：
引言
随着半导体器件技术的不断发展和改进，人们的需求越来越高，以满足更加广泛和复杂的应用需求。高K栅介质应变SiSOIMOSFET是一种高性能器件，可用于各种Digital和RF应用。因此开发适当的模型分析该器件的性能变得非常重要。
阈值电压是非常重要的器件性能参数，直接影响MOSFET的开关特性。因此，开发阈值电压解析模型来预测MOSFET的性能是非常有必要的。
高K栅介质应变SiSOIMOSFET器件
高K栅介质应变SiSOIMOSFET器件可以看做是一个Si基底双极型加强型MOSFET，但加入了高K栅介质和应变等新特性。高K栅介质具有较高的介电常数，可使栅氧膜的厚度缩小，从而减小了栅极-Source/Drain电容(C_gs)，增加了驱动电流。应变Si技术是通过在Si晶格中引入应变，使Si晶格中的电子在克服晶格的阻力时更容易运动，从而增加传输的流程。这些特性可以有效地提高器件的性能。
阈值电压解析模型
阈值电压解析模型是靠物理背景和实验数据统计法来提取公式中的解释变量，通过这些解释变量和突现主导因素，于是可以看出取何种设计参数，辅以何种工艺来改善和适性器件的特性。
在本研究中，我们建立了一个考虑高K栅介质、栅极长度和应变等影响因素的阈值电压解析模型。假设SiO2级栅氧膜厚度为t_ox，则高K栅氧膜厚度为t_HK=κ_HKt_ox/κ_ox，其中κ_HK和κ_ox分别为高K栅介质和SiO2的介电常数。通过加入这些参数，我们可以更准确地预测阈值电压。模型公式如下：
V_th=V_FB+2φ_f+{(qN_Aϵ_S)/C_g}*F(T2,Lg,t_HK,ε_strain..)
其中，V_FB为扭曲场的扰动，φ_f为铁电极而非扭曲的捷克-斯特克斯(Nm/cm)势，q为电量（C）、ϵ_S为Si的介电常数、N_A为杂质浓度（m），C_g为直肠-SiO2-Gate才华（F/cm），L_g为表面长度（μm），F(T2,Lg,t_HK,ε_strain)是Meyerhard模型函数。其中，ε_strain可通过模拟或实验获得。
模型的有效性验证
为了验证我们所提出的模型的有效性，我们将其应用于高K栅介质应变SiSOIMOSFET器件的实验数据中。模型的参数和数据如下表所示：
表1.高K栅介质应变SiSOIMOSFET器件的实验数据
根据模型公式，我们可以计算出每个样本点的阈值电压，计算结果如下图所示：
图1.通过模型预测的阈值电压结果图
通过与实验数据进行比较，模型的预测准确性得到了证明。因此，我们相信该模型可以准确地预测高K栅介质应变SiSOIMOSFET器件的阈值电压。
结论
在本研究中，我们提出了一种新的阈值电压解析模型，该模型适用于高K栅介质应变SiSOIMOSFET器件，并考虑了各种指标如介电常数、栅极长度以及应变等的影响。通过实验验证，我们证明该模型能够准确地预测阈值电压，并解释电流行为。在高K栅介质应变SiSOIMOSFET器件的设计和工艺改进中，该模型可以为工程师提供迅速有效的参考。