半导体器件中材料、工艺结构、模型之间的关系

时间： 2024-09-11 来源：芯昌科技官网

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半导体发展至今，无论是从材料，结构，加工技术模型等方面都发生了很多的改进，半导体器件的尺寸在不断地缩小，集成度也在不断提升。工艺制程从90nm、65nm、45nm、32nm、22nm、14nm、10nm、到现在的7nm，5nm，3nm。随着集成度的要求，器件尺寸在变小，相应的也会出现各种问题，如短沟道效应（DIBL、迁移率退化等）、栅极漏电增大、栅控能力下降等诸多问题，于是大家不断地从材料、结构、工艺这三个方面寻找方法，为下一代的工艺制程提供方案。每次材料、工艺结构的改变，对器件模型来讲都是一次挑战，器件模型开发工程师们需要开发新的模型来表征新材料，新结构，新工艺下的器件特性。

图1：材料、结构、工艺示意图

材料方面：

第一代半导体是“元素半导体”。20世纪50年代以来，以硅（Si）、锗（Ge）为代的第一代半导体材料的出现，取代了笨重的电子管，让以集成电路为核心的微电子工业的发展和整个IT产业的飞跃。

然而由于硅材料的带隙较窄、电子迁移率和击穿电场较低等原因，硅材料在光电子领域和高频高功率器件方面的应用受到诸多限制。因此，以砷化镓（GaAs）为代表的第二代半导体材料开始崭露头角，使半导体材料的应用进入光电子领域，尤其是在红外激光器和高亮度的红光二极管方面，应用于毫米波器件、卫星通讯、移动通讯和GPS导航等领域。

在第二代半导体材料的基础上，人们希望半导体元器件具备耐高压、耐高温、大功率、抗辐射、导电性能更强、工作速度更快、工作损耗更低特性，第三代半导体材料也正是基于这些特性而诞生。第三代半导体材料以碳化硅、氮化镓等为代表，因其具备高击穿电场、高热导率、高电子饱和速率及抗辐射能力等优异性能，适用于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件，可大幅提升能源转换效率，降低系统成本。

工艺结构方面：

为了延续传统平面型晶体管制造技术的寿命，弥补关键尺寸缩小给传统平面型晶体管带来的负面效应，业界研究出了很多能够改善传统平面型晶体管性能的技术。下面就业界常用的技术做一些介绍：

应变硅技术：晶体管尺寸变小带来了垂直电场引起的迁移率劣化。有许多方法来增强晶体管的性能和移动性。如图1（应变硅技术）所示，应变硅技术就是使用各种手段，物理地拉伸或压缩硅晶体，进而增加载流子（电子/空穴）迁移率并增强晶体管的性能。
HKMG技术：SiO2电介质的厚度应与其通道长度成正比，如果氧化物厚度随尺寸进一步降低，栅极泄漏将增加到不可接受的水平。因此选择具有高介电常数（K）的介电材料，以增加氧化物电容，成不错的解决方案。HKMG是以 High-K 绝缘层替代传统的 SiO2氧化层，并以金属材料栅极替换旧有的硅材料栅极的一项技术，这项技术主要有助于晶体管开关速度的提升，并可减小栅极的漏电流。
SOI（绝缘体上硅）技术：与传统MOS结构相比，SOI MOS结构（图1 SOI技术，PDSOI，FDSOI）的主要区别在于：SOI器件具有掩埋氧化层（BOX层），其将基体与衬底隔离。掩埋氧化层的基本思想是减少寄生结电容。寄生电容越小，晶体管工作越快。胡正明教授及其团队于2000年提出了UTB-SOI（FD SOI）。由于有BOX层，不存在远离栅极的泄漏路径，这会导致更低的功耗。因此特别适合移动和消费级多媒体应用。缺点：PDSOI的浮体电压导致阈值电压不稳定；隔离导致自热问题。
FinFET技术：随着设备尺寸的缩小，在较低的技术节点，例如22nm，短沟道效应开始变得更明显，降低了器件的性能。为了克服这个问题，胡正明教授及其团队于1999年提出了FinFET的概念。FinFET是三维结构（图1 结构: FinFET），也可称为三栅晶体管。FinFET可以在Si或SOI晶片上实现。该FinFET结构由衬底上的硅体薄（垂直）翅片组成。因为它的Si体类似于鱼的后鳍，因此也称鳍式晶体管。
GAA（Gate-All-Around）纳米技术：Gate-All-Around就是环绕栅极（图1 结构：GAAFET，MBCFET），相比于现在的FinFET Tri-Gate三栅极设计，将重新设计晶体管底层结构，克服当前技术的物理、性能极限，增强栅极控制，性能大大提升。三星的GAA技术叫做MBCFET（多桥通道场效应管）。这项技术的特点是实现了栅极对沟道的四面包裹，源极和漏极不再和基底接触，而是利用线状（可以理解为棍状）或者平板状、片状等多个源极和漏极横向垂直于栅极分布后，实现MOSFET的基本结构和功能。

模型方面：

每一次材料或者工艺结构的改变，对器件模型来讲，都面临着新的挑战。从最开始的Schichman-Hodges（Level 1）模型，非常简单，不包括载流子迁移率退化、载流子饱和效应，常用于不需要详细模拟模型的情况下模拟大型数字电路。再到Grove-Frohman（Level 2）模型，它是基于几何图形的分析模型，包括了短沟道，窄沟道效应，迁移率退化，载流子饱和等效应。器件模型也在随工艺结构的改进而改进。值得一提的是BSIM Group 全称是Berkeley Short-channel IGFET Model Group，是加州大学伯克利分校胡正明领导的一个小组。他们发展出了一系列精确的MOSFET Spice Model，即BSIM，现如今已经成为了工业界的一个标准。MOSFET模型在仿真器中提供了一系列Level号，以Synopsys为例，它提供了Level 6 IDS: MOSFET模型或BSIM模型之一（Level 13、28、39、47、49（BSIM3V3）、53、54（BSIM4）、57、59、60、70（BSIMOI4.0））。

所以在您建模或者仿真的时候就需要选择合适的MOSFET模型版本，以达到最佳的模型拟合效果和仿真结果。图2列出了工业界常用的器件分类和所对应的模型。

图2：工业界常用的器件模型

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型号- CZAP 25 LS221,CSHF 06,CHI 16 YC,CAP 16 CP29,CFV 32G,TMAV 10 G25,CL POF SC,CHV 32.42,MZOW 25 L25,CHPW 48 LS,CHCS 06 SL,MZOW 25 L20,CAV 16 G29,CYG 06H1010,CNE 06,CKAW 03 V,RVP 06 L20,CX 01 Y 系列,CMSH,CMSE,CAV 16 X29,MAV 10 YX40,CR 16 SC,TAPW 24.40,MAV 10 YX32,CYG 06H1006,CKAXW I,MAOR 06 L32,CGC 06 B,CDFA 1.0,CX 01 YF/M,CFV 06 LG29,CGO 24.36,CKA 03 VGS,CHPR 48 LS,MK VA20,CGO 10.21 B,CFV 06 LG21,CHP 50.21,MAV 16 X32,MZ7PE 25L225,CNE 24,CC..AN,MGV 24.32 B,CDFA 1.5,CL 230 SC,CWH J6 10MA,CR 16 SS,CR 16 ST,CZOW 15 L,CCM2D 4.0,MAV 16 G25,MGV 16.225 B,TMAV 10 G32,CHP 50.29,CKA 03 C,CYR 16.3,CNE 16,CTSF 40 R,CKA 03 I,CX 08 C 系列,CVP 24 LS,CKAXW 03 IA,CNE 10,CTSF 40 L,MAV 16 X40,MZAOW 25 L25,CW 5 JM4/2,CVP 24 LP,TMAP 10.25,CZ7I 25 LS,CAP L,TCHC 16 G,CAV 16.21,CVP 24 L2,MAP 24 CP240,CAV 16.29,TCHC 16 S,RX 12/2,MFVE 16.32M,CWKA 10 J2M8,CHCN 06 LG,MAV X,MHP 32 L40,CGO 24.29,CAP 06 L229,CGO 24.21,MG 系列,CX 08 B,MFVN 24.32,MAV G,CX 08 C,CKAXR 03 IA,MAV L,MAPS 06 L32,MZ7P 15 LS225,MAP 24 CP232,CHVR 10,MHPW 32.50,CCFD 1.0,CSS 系列,MKAX IAP25,MHVR 16.25,CLK 04 SC,CHVR 16,AT 8IFT,MVAV 16 G32,CCFD 1.5,CX 12/2,CHP 32 L42,CQ 08 C,CSH 系列,MZV 25 LG20,CDMA 1.5,CDMA 1.0,CKX IA,CZAP 25 LS2,MKAX IAP20,TAPH 24.32,CGP 06.29,MHP 10.220,CHVR 24,CQ 08 V,TAPH 24.40,TMAP 10.32,CHPX 32 L,CAP 24 CS2,CQ 08 I,MAOE 06 L32,CHP 32 L29,CBC 06 L,MVAV 16 G25,CWC J5 10M,CK 03 VS,CW 1 J2M87,CR 25 AD2,CR 25 AD1,CDS 系列,MAOE 24.40,CQEEF 64,CHOR 06 L13,CNEF 24 RYN,CHO 48 L42,MFO 06 L32,CAV 16 GYC21,CWH J6 0.5M,RVP 24 L25,CX CFM,MVFV 10 LG25,MAOE 24.32,MBV 24.50,TAPC 06 L32,CQ 07 系列,AVC 24 G32,MHV 10 LG25,CHP 50 CS2,MFV 16 GYC25,MHVE 24.25M,MFO 06 L40,CVFV LG,MVAP 06 LS40,MHP 32 L50,MBV 24.40,CAP 24 CP2,CQV 24,MGOE 24.32,CDD 24,CHPX 32 L29,MFV 16 GYC32,CWC J5 15M,CQEEF 40,MAP 10 CS240,CKAXW 03 AP,MHOE 16.32M,CHC 06 LG,CAV 16 GYC29,CC 2.5 AN,MGOE 24.40,CT 系列,THCC LG,CVP LP,MAP 10 CS232,CKAX 03 VGS,CHC 06 LC,MFV 16 GYC40,CKX VG,CAP 24 L229,CVP LS,MAV 16 G32,CFV 24 L21,CX 05 S 系列,CYPZ LOC,MGOE 24.50,MHVW 16.25,CDD 42,CNEF 16 TXN,C7IE 10,CDD 38,MHO 24 X25,CKA 03 VAS,MVP 16 LP25,MAV 16 LG25,CKAX 系列,CNE 48,C7IE 16,CAV 16 YX21,MZFO L,CPT 24,CLDL DD,CAV 16 YX29,MAP 06 L40,CX 4/2 系列,CR K04R,CKAXR 03 AP,CX 02 P 系列,MHV 10 L25,RHV 16 L32,CVI LSP,CKA ILSA,MAV 16 G40,CVAP 24 LS,C7IE 24,CSAH-SQUICH® 系列,MHV 32 L40,MVAP 24 LS32,CFV 24 L29,CNE 32,MHV 10 L20,CNEM 10 RY,MHO 24 X32,CR K04G,CAF 16.221,MGV 06.32 B,MKAX AP20***,CZAO 15 L21,CDCM 16,CR..CX,CDCM 10,CH1ES,MAV 24 YX32,CLK 04 SCF-H,MVFV 10 LG32,TAPC 06 L25,MHP 16 CS25,MVAP 06 LS32,CZFV 25 L16,CHO 48 L29,MVAP 24 LS40,CDMJD 1.5,CZAOW 15 L21,CHP 32.2,CDMJD 1.0,MAV 16 LG40,CKA APS,CKR 65D,MHO 16.32,CAP 10.29,MHVW 16.32,CR 15/16,CAP 10.21,CKAX 03 IA4*,CZVW 25 L,MZVE 25 L20,RDF2D 1.5,CKX 03 IAP,RDF2D 1.0,MAV 16 LG32,CZAO 15 L16,CHI 50 CS,CR 20 D,CZFV 25 L21,MVAP L,MHO 16.25,CSHM 24 SN,MAV 10.220,MAO 50.32,CR 16 AT,CHO 06 LX16,CBC 24,MFV 32 LG40,MKAXXS IAP25,MAP 10 CP232,CKAXW 03 I,CBC 16,MAVE 24.40,CX 6/6 系列,CW J5 15M,CHC 10 LG,CDSHF NC 06,CNEM 24 RYN,MFV 06 L32,MGPE 06.32,CVFV 16 LG29,CXFA 10,CX 7/10 CA,CZ7IS 15 L,RDF2D 2.5,CAP 06 LS2,MHOR 16.25,MFV 06 L25,CYG 06H10,CHCS 16 S,MAO 50.25,CX7MA 10,CX7MA 16,MFON 24.32,M7AP 06 LS232,CZ7PW 15 L2,CHCS 16 G,CHP 32 L,MVAP 10 L232,CHSDS,MHOW 16.32,MAP 06 L25,MHVE 24.32M,CGC 10 B,CCMJD 3.0,CHV 48 L42,MGVE 24.240,CYG 06H06,MHVW 32.40,CKAX CXA,MKAG,CX7MA 25,MVAP 10 L240,M7AP 06 LS240,C7A,CDSH-SQUICH®,C7AP 06 L229,MKAX,MAP 10 CP240,CQ4F 02 H,C7I,CCMA 2.5,CVAP 16 LS29,CGO 10.29 B,MHOW 16.25,MAP 06 L32,CR 16 DF,MFV 06 L40,CQF 04/2,C7P,MGVE 24.232,RXM2D 6.0,CX 25 I 系列,TAVH 16 G40,CQ4M 02 H,MGV 16.25 B,CKAG VA,CIVES,THIH L,CXL 2/4 PMH,MAP 24 L40,MGV 24.50 B,MGI 24 系列,CX 02 B 系列,CX 20 CF,CHIN 24,CTSEF 24 RN,COB 24 BC,MZFV 25 L220,CHV 48 L29,TAVH 16 G32,CR 16 FS,CX 20 CM,CK VS,CFF 24.21,CVP 16 L,CGV 24.21 B,CFF 24.29,CX 02 BF/M,CAP 10 L229,CSHF/M 16 S,CQM 04/2,TAVC LG,CYD 70 C,CZ7IE 15 L,MKAXX AP,MVI 10 LAP32,MQ VO,CGO 10.16 B,MGO 10.32,CX 25 IF/M,MAP 10 CP32,CX 02 7F/M,MKAG V,CVFV 16 LG21,CFO 06 L21,CVP 10 LS2,CK 03 IAPS,MAOR 16.40,CFO 06 L29,MAP 24 L32,CHIN 24 CH,CX 02 GFN,CHC C,MAVE 24.32,CHCW 16 S,MAP 10 CP40,CHIN 10,CW 15 J2M87,CHC G,CX 02 7 系列,CAP 10 L,MZP LS,CHC L,CHIN 16,CHCW 16 G,MGO 10.25,CIV 24 YX36,MKAW VA,MHP 10 LS220,CHCE 16 S,CHVW 24 G,CX 25I,TAPC 24.32,CXL PM,CW 10 J2M4E,CVI 16 L,CHIN 06 L,CHI LCS,CHCE 16 G,CHO 16,MHPW 50.240,CZ7CW 15 LG,CIMD 0.2,CIMD 0.3,CHO 10,CFV 32,CIMD 0.5,MHV 24 LG32,CIMD 0.7,CAP 24 L29,MKAX 系列,MVFV 24 LG25,CHI 10 CH,CZP LS,TAPC 24.40,CYG 4/2 JFA,MAF 16.225,CGV 24.229 B,MQO 24.40,CW 7.5 J2M87,CCMD 0.5,CCMD 0.3,CHI LCP,CCMD 0.7,CZAV 15 L16,CZFO 25 L21,CHI 10 CP,CHC 10 SL,MAP 16 YC232,CHI 10 CS,CK 03 IAN,CGV 10.16,CKSHF 04,CZFO 25 L16,CKSHF 03,CW 1 SC9,MVFV 24 LG32,CG 06 FL,CDAF 10 X,MAP 24 CP32,CVAP 10 L29,CGV 10.29,CZAV 15 L21,CVAP 10 L21,CGV 10.21,CVP 10 LP2,M7AP 06 L32,CDFD 0.5,CDFD 0.3,MHV 24 X25,CDSH 系列,MAP 24 CP40,CDFD 0.7,CXL PF,CK...RY 04,M7AP 06 L40,CK...RY 03,CX 01 J8IM,CAP 16 CP229,CZPR 06 L,MZFVS 15 L25,MHO 10 L25,MFV 24.232,MHO 10 L20,MZ7P LS,CZP L,MHV

选型指南 - ILME - lssue 01 - June 2021 PDF 中文下载

芯昌科技模拟数字转换器选型表

芯昌科技模拟数字转换器参数，电压：1.5V-5.25V，分辨率：8位-12位，采样率：0-1000KSPS

产品型号	品类	分辨率	电压（V）	采样率（KSPS）
XC121S101E	模拟数字转换器	12位	3.3V-4.8V	800-1000KSPS

选型表 - 芯昌科技立即选型

Luckylight（佳光电子）直插式LED选型表

佳光电子提供以下技术参数的直插式LED选型，塔形LED、圆形LED、圆柱形LED、方形LED、椭圆形LED、食人鱼LED、多色LED、翼形脚LED、组装类LED品类，各种发光颜色、胶体颜色，发光强度12~23000(Typ._mcd)；主波长470~640(λd_nm)；发光可视角15~180(2θ½)。

产品型号	品类	产品系列	发光颜色	胶体颜色	尺寸（mm）	发光强度Typ.(mcd)	主波长λd(nm)	发光视角_2θ½
204PGD2L-G5-2B	塔形LED	20xxx2L 系列	纯绿	绿色雾状	2	780	525	120

选型表 - Luckylight 立即选型

南京益昂（Aeonsemi）工业级纯硅振荡器选型指南

目录- 纯硅振荡器

型号- 5003DAA70M65600ABIR,5001DAC100M0000ABIR,5001DAC100M0000ABIT,5003DAA70M65600ABIT,5001DAC200M0000BBIR,5001HAC148M5000BBIT,5001HAC33M33333BBIR,5001HAC148M5000BBIR,5001IAC148M5000ABIR,5001HAC33M33333BBIT,5001DAC148M5000ABI,5001IAC148M5000ABIT,5001AAC155M5200ABIR,5001IAC33M33333ABIR,5001DAC200M0000BBIT,5001AAC155M5200ABIT,5001AAC212M5000ABIR,5001AAC155M5200BBI,5001AAC212M5000ABIT,5001IAC50M00000BBIR,5001DAC200M0000ABI,5001AAC125M0000ABI,5001AAC156M2500ABIT,5001IAC25M00000BBIR,5001AAC100M0000BBIT,5001HAC33M33333BBI,5001AAC100M0000BBIR,5001IAC50M00000BBIT,5001DAC148M5000ABIT,5001HAC148M5000BBI,5001DAC150M0000BBI,5001FAC100M0000BBIT,5001AAC200M0000BBIT,5001FAC100M0000BBIR,5001AAC156M2500ABIR,5001AAC200M0000BBIR,5001DAC100M0000BBI,5001DAC148M5000ABIR,5001AAC100M0000ABI,5001DAC148M5000BBI,5001IAC25M00000BBIT,5001AAC155M5200ABI,5001DAC150M0000ABIR,5001FAC100M0000ABIR,5001DAC150M0000ABIT,5001FAC100M0000ABIT,5001DAC100M0000BBIT,5001AAC125M0000BBI,5001DAC200M0000BBI,5001IAC33M33333ABI,5001AAC125M0000BBIT,5001AAC155M5200BBIT,5001AAC125M0000BBIR,5001AAC155M5200BBIR,5001HAC25M00000BBI,5001AAC212M5000BBIT,5001AAC212M5000BBIR,5001DAC100M0000BBIR,5001HAC148M5000ABI,5001IAC50M00000ABIR,5001AAC100M0000BBI,AS5003,5001IAC50M00000ABIT,5001IAC33M33333BBIT,5001DAC148M5000BBIT,5001AAC212M5000BBI,5001AAC200M0000ABIR,5001AAC200M0000ABIT,AS5001,5001HAC25M00000ABIT,5001IAC50M00000BBI,5001DAC148M5000BBIR,5001AAC200M0000ABI,5001AAC156M2500ABI,5001HAC25M00000ABIR,5001IAC33M33333BBI,5001DAC200M0000ABIR,5001IAC148M5000BBIR,5001HAC148M5000ABIT,5001HAC148M5000ABIR,5001HAC33M33333ABIR,5001IAC148M5000BBIT,5001IAC25M00000ABI,5003DAA70M65600ABI,5001HAC25M00000ABI,5001IAC33M33333BBIR,5001DAC200M0000ABIT,5001DAC150M0000BBIR,5001FAC100M0000BBI,5001DAC150M0000BBIT,5001IAC148M5000BBI,5001HAC25M00000BBIR,5001HAC25M00000BBIT,5001AAC156M2500BBIT,5001IAC25M00000ABIR,5001AAC100M0000ABIT,5003DAA70M65600BBI,5001AAC100M0000ABIR,5001AAC125M0000ABIR,5001HAC33M33333ABIT,5001AAC212M5000ABI,5001AAC125M0000ABIT,5001IAC50M00000ABI,5001AAC156M2500BBIR,5001AAC200M0000BBI,5003DAA70M65600BBIR,5001AAC156M2500BBI,5003DAA70M65600BBIT,5001HAC33M33333ABI,5001IAC33M33333ABIT,5001DAC150M0000ABI,5001IAC25M00000BBI,5001FAC100M0000ABI,5001IAC25M00000ABIT,5001DAC100M0000ABI,5001IAC148M5000ABI

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