一种提取隧穿场效应晶体管参数的方法

本发明属于半导体，具体涉及一种提取隧穿场效应晶体管参数的方法。

背景技术：

1、人工智能物联网(aiot)技术的发展对半导体功耗提出了更高的要求，隧穿场效应晶体管(tfet)被认为是最有潜力的低功耗器件之一。隧穿场效应晶体管的源端和漏端均存在隧穿结，源端的隧穿结用于提供器件导通的开态电流，漏端的隧穿结则会导致器件关态电流增大。一般的，常采取降低漏端杂质掺杂浓度或者制备漏端欠覆盖区的方式，增大漏端隧穿结的隧穿宽度，降低隧穿场效应晶体管漏端隧穿结的带带隧穿电流。

2、漏端欠覆盖区指的是隧穿场效应晶体管的靠近漏端的栅边缘到漏端隧穿结处的电学长度。对于制备漏端欠覆盖区的方式，需要得知器件漏端欠覆盖区的长度用于分离器件涨落源、调整器件电学性能等。但是，通过已有的物理表征方法只能获得单个器件的漏端欠覆盖区的物理长度，且对每个器件进行物理表征的成本较高。因此，需要发明一种提取隧穿场效应晶体管漏端欠覆盖区长度的方法，可以仅通过电学表征的方式提取漏端欠覆盖区的电学长度。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种提取隧穿场效应晶体管参数的方法，可以仅通过电学表征的方式提取带有漏端欠覆盖区的隧穿场效应晶体管(dlund-tfet)的平均漏端欠覆盖区电学长度lund。

2、本发明提供的技术方案如下：

3、一种提取带有漏端欠覆盖区的隧穿场效应晶体管(dlund-tfet)的平均漏端欠覆盖区电学长度lund的方法，其特征是：

4、用半导体参数分析仪测量n型dlund-tfet器件(或p型)的栅电容，进而得到n型dlund-tfet器件(或p型)的沟道表面处于耗尽状态时，器件源端的外边缘栅电容面密度cofs0和器件漏端的外边缘栅电容面密度cofd0。根据公式(1)计算lund的数值，完成lund的提取工作。

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6、公式(1)中εoff和εon分别为dlund-tfet器件源端栅侧墙的介电常数和漏端栅侧墙的介电常数，lg为dlund-tfet器件的栅长，eot为dlund-tfet器件的有效栅氧化层厚度，ε0为真空中介电常数，π为圆周率。其中，ε0和π均为领域内专业人士已知的常数，可从教科书或者网络中查到。εoff、εon、lg和eot均为被测量的dlund-tfet器件的材料和结构参数，需要对被测器件进行参数提取才能得知。

7、进一步，获得dlund-tfet器件的εoff、εon、lg和eot参数的方法，其特征如下：

8、用半导体参数分析仪测量n型dlund-tfet器件(或p型)的栅电容，进而得到n型dlund-tfet器件(或p型)的沟道表面处于积累状态(或反型状态)时器件源端的外边缘栅电容面密度cofs1、n型dlund-tfet器件(或p型)的沟道表面处于反型状态(或积累状态)时器件漏端的外边缘栅电容面密度cofd2和dlund-tfet器件的等效栅氧化层电容面密度cox。根据被测dlund-tfet器件的版图获得其栅长lg的数值，根据公式(2)、(3)、(4)计算eot、εoff和εon的数值，完成dlund-tfet器件的εoff、εon、lg和eot参数提取工作。

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12、公式(2)中，εox指的是二氧化硅的介电常数，为领域内专业人士已知的常数，可从教科书或者网络中查到。公式(3)中和公式(4)中的hg均为dlund-tfet器件的栅导电层高度，可以通过查阅dlund-tfet器件的工艺制备参数得到，即查阅栅导电层材料的淀积厚度，即为hg。

13、通常情况下，通过半导体分析仪测试得到的dlund-tfet器件栅电容，指的是随栅电压变化的栅源电容和随栅电压变化的栅漏电容。它们的物理成分包括等效栅氧化层电容、源端的外边缘栅电容、漏端的外边缘栅电容以及耗尽层电容等，这些物理成分需要通过分析测试数据得到，无法直接通过半导体分析仪测试得到。

14、进一步，用半导体参数分析仪测量不同栅电压vg对应的n型dlund-tfet器件(或p型)的栅源电容和栅漏电容，源电压vs和漏电压vd均为0v，栅电压vg的扫描范围是从-vdd到vdd。vdd是dlund-tfet器件组成的电路对应的电源电压。每种栅长的dlund-tfet器件测试n个，一共测试m种栅长的器件，n的大小可以是大于等于1的正整数，m的大小可以是大于等于1的正整数。

15、对于每种栅长的dlund-tfet器件，计算n个器件的栅源电容、栅漏电容的平均值，并除以器件的栅面积得到平均栅源电容面密度cgs和平均栅漏电容面密度cgd，将cgs和cgd相加得到平均栅电容面密度cgg。器件的栅面积指的是被测dlund-tfet器件栅长lg与栅宽wg的乘积，可以通过测量版图得到。

16、画出平均栅源电容面密度cgs、平均栅漏电容面密度cgd和平均栅电容面密度cgg相对于栅电压vg的变化曲线，用于辅助后续的数据处理工作。可以发现dlund-tfet器件独有的电学特性，即，其“cgs-vg”和“cgd-vg”曲线具有栅长依赖性和二次开启现象。“cgg-vg”曲线具有栅长依赖性以及三段饱和区。定义“cgg-vg”曲线中间段饱和区的某一个栅电压为v0，定义dlund-tfet器件的“cgs-vg”曲线第二次开启后的饱和区中的某一个栅电压为v1，定义dlund-tfet器件的“cgd-vg”曲线第二次开启后的饱和区中的某一个栅电压为v2。

17、从m种栅长的dlund-tfet器件的平均栅电容面密度cgg中，提取得到vg＝v1时的数值cgg1，一共m个。从m种栅长的dlund-tfet器件的平均栅电容面密度cgg中，提取得到vg＝v2时的数值cgg2，一共m个。从m种栅长的dlund-tfet器件的平均栅源电容面密度cgs中，提取得到vg＝v1时的数值cgs1，一共m个。从m种栅长的dlund-tfet器件的平均栅源电容面密度cgs中，提取得到vg＝v0时的数值cgs0，一共m个。从m种栅长的dlund-tfet器件的平均栅源电容面密度cgd中，提取得到vg＝v0时的数值cgd0，一共m个。

18、用matlab或者其他数据处理软件，对上述提取得到的m个cgg1和其对应的m个1/lg做线性拟合，得到拟合公式cgg1＝p1+q1*(1/lg),其中p1指的是cox，即公式(2)左侧的数值。用同样的方法，对上述提取得到的m个cgg2和其对应的m个1/lg做线性拟合，得到拟合公式cgg2＝p2+q2*(1/lg),其中q2指的是cofd2*lg，即公式(4)左侧的数值。用同样的方法，对上述提取得到的m个cgs1和其对应的m个1/lg做线性拟合，得到拟合公式cgs1＝p3+q3*(1/lg),其中q3指的是cofs1*lg，即公式(3)左侧的数值。用同样的方法，对上述提取得到的m个cgs0和其对应的m个1/lg做线性拟合，得到拟合公式cgs0＝p4+q4*(1/lg),其中q4指的是cofs0*lg，用于带入公式(1)左侧的对应部分进行计算。用同样的方法，对上述提取得到的m个cgd0和其对应的m个1/lg做线性拟合，得到拟合公式cgd0＝p5+q5*(1/lg),其中q5指的是cofd0*lg，用于带入公式(1)左侧的对应部分进行计算。

19、本发明的有益效果如下：

20、本发明提出的上述方法，可以仅通过对dlund-tfet器件的栅电容进行电学测试和数据分析，提取得到dlund-tfet器件的平均漏端欠覆盖区的电学长度lund。所有工作只需借助半导体参数分析仪和matlab即可完成，具有快速、低成本的优势。