Proyecto: Modelado y optimización de arquitecturas MOSFET avanzadas para aplicaciones analógicas de alto rendimiento.
Investigador Principal: María Jesús Martín Martínez.
Entidad financiadora: Consejería de Educación. Junta de Castilla y León. 2011-2013.
El proceso de escalado de los dispositivos MOSFET convencionales de Silicio afronta numerosas dificultades cuando se alcanza el rango de longitudes de puerta de unas pocas decenas de nanómetro. La presencia de determinados límites físicos propios de la arquitectura del dispositivo y del material constituyente imponen la búsqueda de soluciones alternativas que puedan ser incluidas en las líneas de producción a corto y medio plazo (siempre tomando como punto de partida el propio material de Silicio). En este proyecto emplearemos técnicas de modelado basadas en el método de Monte Carlo para afrontar la simulación de una serie de dispositivos emergentes, que constituyen una alternativa a las estructuras MOSFET convencionales con el fin prolongar su escalabilidad. Cabe destacar fundamentalmente el uso de la denominada ingeniería de dopaje del canal y la sustitución de las zonas fuertemente dopadas de fuente y drenador por metalizaciones de tipo Schottky (principales propuestas en la industria actual) junto con otras posibilidades más complejas técnicamente como son el uso de materiales tensionados o las configuraciones multi-puerta. La utilización de métodos numéricos avanzados para la simulación de dispositivos es extremadamente conveniente en el ámbito de la nanoelectrónica; en particular, el método de Monte Carlo permite tratar de manera correcta los fenómenos propios del transporte de carga en dispositivos de dimensiones muy reducidas.
En el presente proyecto se ha abordado la optimización de los transistores MOSFET de barrera Schottky (SB-MOSFET), tanto la variación de los parámetros de su topología como a través de la implantación de capas de segregación de dopantes adyacentes al contacto, centrando nuestro trabajo en la determinación de los valores más adecuados para mejorar tanto el rendimiento de los transistores como las propiedades microscópicas del transporte de carga. También se ha investigado la utilización de sustratos de Silicio no convencionales y la posibilidad de considerar dispositivos de doble puerta con este material. Por último, se han analizado dispositivos con sustratos dopados inhomogéneamente, como son tanto los MOSFET de canal lateral asimétrico (Laterally Asymmetric Channel, LAC) como los de canal gradual (Graded Channel, GC), en una doble vertiente, tanto desde el punto de vista de las figuras de mérito estáticas y dinámicas como de las magnitudes microscópicas que describen el transporte electrónico a través del canal conductor, incluyendo efectos de no-linealidad en condiciones de polarización AC de gran amplitud. Por tanto, se trata de un trabajo de gran relevancia para determinar qué soluciones son más prometedoras a la hora de permitir la extensión del escalado, y por tanto del desarrollo de la micro y nanoelectrónica basada en el Silicio en la próxima década.
Resultados del Proyecto. Publicaciones.
Rengel R. and Martín M. J., ”Diffusion coefficient, correlation function and power spectral density of velocity fluctuations in monolayer graphene”. Journal of Applied Physics 114, pp:143702 (2013)
Rengel R. and Martín M. J., “Título: Harmonic distortion in laterally asymmetric channel metal-oxide-semiconductor field-effect transistors operating in the linear regime”, International Journal of Numerical Modelling: Electronic Networks, Devices and Fields (2013)
Martín M. J., Pascual E. y Rengel R.,”RF dynamic and noise performance of Metallic Source/Drain SOI n-MOSFETs”, Solid-State Electronics 73, pp: 64–73 (2012)
Rengel R., Martín M. J. y Danneville F., “Microscopic modelling of RF noise in Laterally Asymmetric Channel MOSFETs”, IEEE Electron Device Letters 32 72 (2011)
Resultados del Proyecto. Comunicaciones a congresos.
-Raúl Rengel and Maria J. Martin “Influence of the Dispersion Relationship on Electronic Transport in Suspended Graphene” 18th International Conference on Electron Dynamics in Semiconductors, Optoelectronics and Nanostructures (EDISON 18), Matsue (Japan), July 22-26, 2013.
-Maria J. Martin, Raúl Rengel, Michelly de Souza and Marcelo Antonio Pavanello ”Impact of the Gate Length on the Transport Properties of Graded-Channel SOI n-MOSFETs”, 18th International Conference on Electron Dynamics in Semiconductors, Optoelectronics and Nanostructures (EDISON 18), Matsue (Japan), July 22-26, 2013.
-Maria J. Martin, Carlos Couso, Raúl Rengel. “Velocity and momentum fluctuations in Suspended Monolayer Graphene”, International Conference on Noise and Fluctuations (ICNF 2013)”, Montpellier (France), June 2013.
-Raúl Rengel, Carlos Couso and María J. Martín. “A Monte Carlo Study of Electron Transport in Suspended Monolayer Graphene”, 9ª Conferencia de Dispositivos Electrónicos (CDE 2013), Valladolid (España), Febrero de 2013
-Carlos Couso, Raúl Rengel and María J. Martín, “Schottky Barrier MOSFETs working in the linear regime: A Monte Carlo study of microscopic transport. 9ª Conferencia de Dispositivos Electrónicos (CDE 2012), Valladolid (España), Febrero de 2013
-José S. García, María J. Martín, Raúl Rengel. “Space quantization effects in Double Gate SB‐MOSFETs: role of the active layer thickness” , 9ª Conferencia de Dispositivos Electrónicos (CDE 2011), Valladolid (España), Febrero de 2013
-Couso C., Pascual E., Galeote J. M, Martín M. J.and Rengel R. “ Effect of the dopant segregation layer on the static characteristics of Schottky-Barrier n-MOSFETs”, 8ª Internacional Caribbean Conferencia on Devices, Circuits and Systems (ICCDCS 2012), Mejico, Marzo 2012.
-Galeote J. M.; Pascual E.; Rengel R.; Martín M. J. “A Monte Carlo study of the influence of scaling in SB-MOSFETs: static and dynamic characteristics”, EUROSOI 2012. Montpellier, Francia, Enero de 2012.
-Pascual E., Rengel R., y Martín M. J., “Influence of the underlap length on the RF noise performance of a Schottky Barrier MOSFET”, 21st International Conference on Noise and Fluctuations (ICNF 2011), Toronto (Canada), Junio de 2011
-Galeote J. M., Rengel R., Pascual E., y Martín M. J., “A Monte Carlo model for the study of n-type strained Silicon Schottky devices”, 8ª Conferencia de Dispositivos Electrónicos (CDE 2011), Palma de Mallorca (España), Febrero de 2011
-Martín M. J., Rengel R., Galeote J. M., de Souza M. y Pavanello M. A., “Monte Carlo simulation of graded-channel fully depleted SOI nMOSFETs”, 8ª Conferencia de Dispositivos Electrónicos (CDE 2011), Palma de Mallorca (España), Febrero de 2011
