Ανάπτυξη προτύπου (model) για την ηλεκτρική συμπεριφορά διατάξεων MOS που βασίζονται σε οξείδια υψηλής διηλεκτρικής σταθεράς

Abstract

The present Thesis was carried out under PENED 2003 in the postgraduate program in Modern Electronic Technologies of the Department of Physics of the University of Ioannina, Greece. The aim was the preparation of software code for the calculation of capacitance-voltage characteristic curves of MOS devices developed on Si or Ge substrates, using high-k oxides as gate dielectrics. We developed further code for the interconnection of the model software with automated minimization software. The main problems sought to be solved were the integration of the code into special minimization software as well as the calculation of the stretch-out effect. The software implements a self consistent Schrödinger – Poisson solution and interconnects with Merlin minimization software. It is worth mentioning that contrary to the time consuming manual fitting process, using the implementation presented, the minimization takes minimal time without the need for extensive constrain of the variables.

Η Παρούσα Διατριβή εκπονήθηκε στα πλαίσια του υποέργου 155 του ΠΕΝΕΔ 2003 στο πρόγραμμα μεταπτυχιακών σπουδών στις Σύγχρονες Ηλεκτρονικές Τεχνολογίες του Τμήματος Φυσικής του Πανεπιστημίου Ιωαννίνων. Στόχος ήταν να γραφτεί κατάλληλος κώδικας ο οποίος θα υπολογίζει τις χαρακτηριστικές χωρητικότητας – τάσης (C-V) διατάξεων MOS, ανεπτυγμένων σε υποστρώματα Πυριτίου και Γερμανίου τα οποία χρησιμοποιούν high-k διηλεκτρικά πύλης. Τα σημαντικά προβλήματα που θέλαμε να επιλύσουμε ήταν η δυνατότητα ενσωμάτωσης προγράμματος ελαχιστοποίησης παραμέτρων με αυτόματο τρόπο καθώς επίσης και να προσθέσουμε στοιχεία για τον υπολογισμό των C-V τα οποία να λαμβάνουν υπόψη το φαινόμενο του stretch-out. Αυτό έγινε δυνατό με κώδικα αυτοσυνεπούς επίλυσης των εξισώσεων Schrödinger – Poisson και διασύνδεσή του με κατάλληλο κώδικα με το λογισμικό ελαχιστοποίησης Merlin. Αξίζει να σημειωθεί ότι αντίθετα με τη χρονοβόρα χειροκίνητη προσαρμογή δεδομένων (fitting) η ελαχιστοποίηση των παραμέτρων λαμβάνει χώρα πολύ γρήγορα χωρίς να είναι απαραίτητος ο υπερβολικός περιορισμός (constrain) των μεταβλητών.