基于0.18μmH栅P-Well SOI MOSFET器件的设计及仿真研究

绝缘体上硅以其独特的材料结构有效克服了体硅材料的不足，使其在能够成功应用于辐照恶劣环境中。本文用Sentaurus TCAD软件中的SDE工具设计一个0.18μmH栅P-Well SOI MOSFET器件结构，且运用Sentaurus TCAD软件中的Sentaurus Device工具进行器件特性仿真，使用INSPECT和TECPLOT_SV工具查看仿真结果并得到设计的器件的阈值电压和饱和电流。 【基于0.18μmH栅P-Well SOI MOSFET器件的设计及仿真研究】 在微电子技术领域，绝缘体上硅（Silicon On Insulator，简称SOI）是一种重要的半导体材料，它通过在硅衬底上覆盖一层绝缘层（通常是二氧化硅），有效地解决了传统体硅器件在恶劣环境，尤其是高辐射环境下的性能问题。0.18μmH栅P-Well SOI MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）是其中的一种，其关键在于超薄的顶硅层和隔离的P-Well结构，这使得器件在抗辐射性能、电荷存储和传输效率等方面表现出优异的特性。 在设计阶段，利用先进的Sentaurus TCAD软件中的SDE（Sentaurus Structure Editor）工具，可以精确构建0.18μmH栅P-Well SOI MOSFET的三维结构。设计中，首先要设定器件尺寸，例如X和Y轴范围为[-0.3,0.3]，Z轴包括硅衬底、绝缘氧化层和顶硅层的总厚度。接着，逐层构建结构，包括0.2μm硅衬底、0.15μm绝缘氧化层、0.1μm顶硅层，以及0.005μm氧化层和0.04μm多晶硅栅层。P-Well的形成是通过在顶硅层中注入硼粒子实现的，剂量为1E+11cm-3。 接下来，利用Sentaurus Device工具对设计的器件进行电学特性仿真，这是评估和优化器件性能的关键步骤。仿真过程中，需要设定源漏极注入参数，如粒子类型、剂量、位置和扩散长度，以模拟实际工作条件。同时，设置适当的网格参数至关重要，因为它直接影响仿真精度和计算效率。全局网格、顶硅层网格和沟道处的精细网格确保了在关键区域的仿真精度。 仿真完成后，使用INSPECT和TECPLOT_SV工具分析和可视化仿真结果，可以提取出器件的重要参数，如阈值电压Vth=1.104V和饱和电流Idsat=3.121E-4A。这些参数对于理解和优化器件的开关特性、驱动能力和功耗至关重要。 近年来，随着太空探索的加速，对能够在高辐射环境下稳定工作的电子设备的需求日益增加。SOI MOSFET因其抗辐射性能和优越的电气特性，成为航天电子设备的理想选择。薄膜全耗尽的FDSOI结构，由于其消除“翘曲效应”、低电场、高跨导和良好短沟道效应，被认为是未来SOI技术的重要方向。因此，对0.18μmH栅P-Well SOI MOSFET的深入研究和设计优化对于推动航天工业的技术进步具有深远意义。