Quantum-corrected Monte Carlo device simulator for n-type tri-gate transistors

• Autor(a) principal: Soares, Caroline dos Santos
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: eng
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/271388
• topic: Dispositivos eletrônicos; Transistores; Microeletrônica; FinFET; Simulador de dispositivos Monte Carlo; Quantum corrections; Effective Potential; Nanowire transistor

As dimensões dos transistores planares foram reduzidas até que efeitos indesejáveis causados pela miniaturização do transistor tornaram-se significativos. Para contornar esse problema, a indústria microeletrônica mudou a estrutura do transistor de uma estrutura planar para uma estrutura multiportas. Um simulador de dispositivos Monte Carlo é uma ferramenta eficiente para prever e investigar o desempenho e a confiabilidade de transistores. Este simulador utiliza um modelo teórico semiclássico para descrever o transporte de portadores de carga. No entanto, correções quânticas podem ser incluídas nesse simulador para considerar o impacto dos efeitos quânticos no comportamento elétrico de transistores em escala nanométrica. Neste trabalho, propomos um simulador de dispositivo Monte Carlo com correção quântica para FinFETs tipo-n e transistores nanofios tipo-n. A correção quântica empregada aqui é o Potencial Efetivo, onde o tamanho dos elétrons não é mais desconsiderado. Assim, efeitos de quantização espacial, como o confinamento quântico, podem ser modelados no simulador do dispositivo. Desenvolvemos um Schrödinger-Poisson solver e um Potencial Efetivo-Poisson solver para extrair o único parâmetro do Potencial Efetivo de ambos os transistores de interesse. Para o FinFET tipo-n, o parâmetro do Potencial Efetivo é igual a 0,45 nm, enquanto para o transistor de nanofios tipo-n, o parâmetro do Potencial Efetivo é igual a 0,4 nm. Comparando os resultados desses solvers, podemos avaliar que o Potencial Efetivo é uma correção quântica adequada para simular o confinamento quântico em dispositivos tridimensionais. Incluímos o Potencial Efetivo como correção quântica nos simuladores de dispositivo Monte Carlo dos transistores FinFET e nanofio tipo-n. O transistor FinFET tipo-n foi simulado usando o simulador semiclássicos e o simulador com correção quântica. Os resultados de ambos os simuladores foram contrastados, mostrando que o simulador com correção quântica modela volume inversion e a redução da densidade eletrônica no canal, os quais são efeitos do confinamento quântico. O transistor de nanofio de interesse foi simulado usando o simulador com correção quântica. A curva transferência desse transistor foi comparada com os resultados experimentais, demonstrando que os resultados do nosso simulador com correção quântica concordam muito bem com as medidas experimentais.