State-of-the-art 3-D Monte Carlo Device Simulation : from n-MOSFETs to n-FinFETs - Furtado, Gabriela Firpo (2021)
Um simulador 3-D TCAD Monte Carlo de dispositivos semicondutores inédito é apresentado nesse trabalho. Primeiramente, desenvolveu-se um simulador de substrato de silício tipo n, usado como base para o simulador de dispositivos. Um simulador planar PMOS foi então substancialmente adaptado para simular dispositivos NMOS através da incorporação das características do silício tipo n e de mudanças necessárias em aspectos como dinâmica de partículas, condições de fronteira, mecanismos de espalhamento e suas taxas de ocorrência e a estrutura de bandas do material. Posteriormente, o simulador NMOS foi expandido para estruturas FinFET tridimensionais, levando em consideração as mudanças na geometria do dispositivo e sua repercussão na checagem das fronteiras, nos materiais em cada região, novas variáveis de entrada, cálculo do potencial, velocidade e energia dos portadores, posições dos portadores e dos dopantes na nova estrutura 3D, contatos de fonte, dreno e porta e conservação de carga. O simulador conta com tratamento no espaço-real das interações portador-portador e portador-íon. Isso possibilita o estudo do impacto de cargas individuais e localizadas e seu impacto na variabilidade do dispositivo, além de evitar a dupla-contagem das forças de Coulomb que tradicionalmente são associadas à modelagem no espaço momento. A fim de substanciar os resultados obtidos, as características do substrato de silício foram validadas com dados experimentais, e o comportamento dos dispositivos NMOS e n FinFET foram analisados e comparados com as características esperadas. O simulador FinFET foi então usado para proporcionar novo entendimento do estudo de degradação por hot-carriers, que é um grande problema de confiabilidade em transistores modernos. O simulador 3-D de partículas foi também empregado para analisar o transporte balístico sob uma perspectiva centrada no portador em FinFETs, e está sendo utilizado agora para estudar acoplamento de armadilhas nesses dispositivos.