Efficient multisubband device simulations for nanoscaled field effect transistors including high-k dielectrics and III-V materials

• Applicants: Professor Dr.-Ing. Christoph Jungemann; Professor Dr. Bernd Meinerzhagen
• Subject Area: Electronic Semiconductors, Components and Circuits, Integrated Systems, Sensor Technology, Theoretical Electrical Engineering
• Term: from 2010 to 2016
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 172002421

Seit Kurzem werden bei der Herstellung von integrierten Schaltungen aus Silizium sogenannte “Technology Boosters” wie SiGe, uniaxiale Verzerrung, Gateoxide mit hohen dielektrischen Konstanten und metallische Gateelektroden verwendet. Selbst III-V Halbleiter werden aufgrund ihrer exzellenten Elektronenbeweglichkeit als Kanalmaterialien in Erwägung gezogen. Ein Nachteil ist die schlechte Leistung der III-V-PMOSFETs bedingt durch die geringe Löcherbeweglichkeit, die eventuell mit den gleichen Mitteln verbessert werden kann wie die von Silizium. Ziel dieses Projekts ist es, die Entwicklung neuer MOS-Bauelemente durch systematische Untersuchung aller technologischen Optionen durch zuverlässige Simulationen zu unterstützen. Ein bestehender Simulator, der die 6 × 6 •p Schrödinger-, Poisson- und Boltzmann-Gleichung für allgemein verzerrtes Silizium oder SiGe und beliebige Oberflächen- und Kanalorientierungen löst, soll auf den Fall von Gatematerialien mit hohen dielektrischen Konstanten, metallischen Gateelektroden und III-V Halbleitern erweitert werden. Dies erfordert die Entwicklung von Streumodellen für Gatematerialen mit hoher dielektrischer Kontante und die Erweiterung der 6×6  • p Schrödinger-Gleichung auf III-V Materialien und N-Bänder. Die Boltzmann-Gleichung wird mit einem neuen, deterministischen Ansatz gelöst, der effizienter ist als der übliche Monte-Carlo-Algorithmus. Aufbauend auf den neusten Fortschritten bei determistischen Verfahren und einem Newton-Raphson-Ansatz für alle drei Gleichungen soll die Effizienz der Lösungsmethode weiter gesteigert werden. Damit neben dem Transport auch die Hochfrequenzeigen- schaften untersucht werden können, soll das Modell auf Kleinsignalanalyse und Rauschen erweitert werden.

• DFG Programme: Research Grants