Page 112 - Kỷ yếu hội thảo khoa học quốc tế - Ứng dụng công nghệ mới trong công trình xanh , lần thứ 8

th
HỘI THẢO KHOA HỌC QUỐC TẾ ATiGB LẦN THỨ TÁM - The 8 ATiGB 2023 95

tạo của FinFET cũng tương tự như MOSFET vì cấu bên trong của linh kiện. Do đó, có một số lợi thế khi
trúc cổng đôi và kênh dẫn được hình thành gần như sử dụng các phương pháp mô phỏng cổ điển so với
song song với phiến bán dẫn. Hơn nửa, FinFET được các phương pháp mô phỏng lượng tử đối với một số
lựa chọn thay thế MOSFET còn nhờ có độ ổn định linh kiện nhất định. Mô phỏng trôi dạt và khuếch tán
nhanh hơn đáng kể so với mô phỏng đạn đạo lượng tử
tốt, dòng rò nhỏ, cải thiện hiệu ứng kênh ngắn, điện và cũng khá phù hợp với các kết quả thử nghiệm là bộ
áp hoạt động thấp, cung cấp dòng điện cao [8-10]. giải dựa trên phương trình vi phân từng phần.
Trong nghiên cứu này, đặc tính điện tử của MuGFET có giao diện đồ họa thân thiện với người
FinFET cổng đôi được tính toán, khảo sát. Kết quả dùng để mô phỏng FinFET cũng như tính toán rất
nhiều thông số kỹ thuật quan trọng của linh kiện như
phân tích đặc tính dòng-áp cho thấy linh kiện hoạt hệ số mở/đóng, DIBL, điện áp ngưỡng,… Điều này
động ổn định với hiệu suất cao: hệ số mở/đóng cao, giúp có thể xác định được ngưỡng hoạt động để tối ưu
điện áp hoạt động thấp. Kết quả khảo sát FinFET theo trong thiết kế cấu trúc linh kiện để đáp ứng khả năng
độ rộng kênh dẫn, độ dài cực cổng, vật liệu điện môi ứng dụng của linh kiện trong lĩnh vực công nghiệp
khác nhau được thực hiện và sự tác động của các yếu bán dẫn. Trong nghiên cứu này đặc tính điện tử của Si
tố này đối với đặc tính điện tử của FinFET được phân FinFeET cổng đôi được tính toán, phân tích. FinFET
tích và thảo luận. có kênh dẫn loại n. Điện áp cực cổng đôi VG được
thiết lập thay đổi từ 0 đến 1.0 V tại điện áp đặt VD cố
II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP định là 0.05 V và 1.0 V. Đặc tính hoạt động của linh
kiện được khảo sát trong các trường hợp thay đổi độ
Cấu trúc linh kiện FinFET cổng đôi được trình dài điện cực cổng L, độ rộng kênh W, cũng như vật
bày trong hình 1 gồm có kênh dẫn Si loại n có độ liệu sử dụng làm lớp điện môi cực cổng gồm SiO2 và
rộng W nối với hai đầu cực nguồn (S) và cực máng TiO2. Các tham số chạy chương trình tính toán được
(D) cùng loại p, lượng điện tích di chuyển qua kênh tóm tắt trong bảng I.
được điều khiển thông qua điện thế cổng đôi bao Bảng I. Các thông số đầu vào mô phỏng
quanh kênh dẫn. Điện cực cổng đôi có độ dài L được linh kiện FINFET cổng đôi
cách ly với kênh dẫn thông qua lớp điện môi cách
điện có độ dày tox. Các kết quả nghiên cứu công bố đã STT Tham số Giá trị
cho thấy, cấu trúc này sẽ gia tăng điện trường tác 1 Điện áp đặt V D 0,05V, 1,0V
động của điện cực cổng vào kênh dẫn giúp linh kiện 2 Điện áp cực cổng VG 0÷1,0V
hoạt động với hiệu suất cao. 3 Độ rộng kênh dẫn W 10÷40nm
4 Chiều dài điện cực cổng L 20÷80nm
5 Độ dày lớp điện môi cực cổng 2,5nm
6 Nhiệt độ khảo sát 300 K
III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Đặc tính dòng - áp của Si FinFET cổng đôi
Kết quả khảo sát đặc tính dòng - áp của Si FinFET
cổng đôi với độ rộng kênh W = 30nm, chiều dài cực
Hình 1. Cấu trúc FinFET cổng đôi. Kênh dẫn cổng L = 40nm, sử dụng SiO2 (εr = 3,9) làm điện môi
Si có độ rộng W được nối giữa cực nguồn (S) và cực cực cổng có độ dày tox = 2,5nm được tính toán, phân
máng (D). Điện cực cổng đôi (G) có độ dài L được tích. Hình 2 trình bày đặc tính dòng - áp (ID-VD) tại
cách ly với kênh dẫn qua lớp điện môi cách điện có 300 K của linh kiện khi thay đổi điện áp cực cổng VG
độ dày tox. từ 0 đến 1,0V với hai điện áp đặt VD = 0,05V và
Các kết quả phân tích đặc tính điện tử của FinFET 1,0V. Kết quả thể hiện từ đặc tính dòng - áp của linh
Si được tính toán bằng công cụ mô phỏng MuGFET kiện cho thấy khi điện áp cực cổng VG tăng thì dòng
[11] phát triển bởi nhóm nghiên cứu của Đại học điện qua linh kiện ID cũng tăng theo, đây chính là đặc
Purdue (Mỹ). Công cụ mô phỏng này được chạy trực tính của kênh dẫn Si loại n được chọn để mô phỏng.
tuyến tại trang Nanohub.org do Hội Khoa học quốc Đối với nFET mật độ electron trong kênh dẫn tăng
gia của Mỹ thành lập với hàng trăm bộ công cụ mô
phỏng tính toán khác nhau phục vụ cho nhu cầu đào dẫn đến cường độ dòng điện qua linh kiện tăng theo
tạo, nghiên cứu liên quan đến khoa học và kỹ thuật điện áp dương đặt vào cực cổng.
nano, đặc biệt là lĩnh vực điện tử nano. Trong đó, Kết quả khảo sát cũng cho thấy, khi điện áp đặt tại
MuGFET được dùng để mô phỏng, tính toán, phân cực máng VD cao sẽ thì hệ số mở/đóng của linh kiện
tích đặc tính hoạt động của FinFET cổng đôi. cũng như điện áp ngưỡng Vth giảm nguyên do bởi
MuGFET tính toán đưa ra các nghiệm tự phù hợp hiệu ứng kênh dẫn ngắn trong linh kiện FET. Đối với
cho phương trình Poisson và phương trình khuếch tán linh kiện có kênh dẫn ngắn, điện cực máng gần điện
trôi dạt. Đối với các linh kiện có kích thước 10nm trở
lên, các phương pháp bán cổ điển vẫn có thể mang lại cực cổng và do đó khi điện áp đặt cao có thể mở kênh
một số hiểu biết sâu sắc đáng kể về đặc tính hoạt động và làm FET dẫn điện với điện áp ngưỡng thấp hơn.
ISBN: 978-604-80-9122-4