# (c) Silvaco Inc., 2019 go atlas # # This example demonstrates the use of the high-k mobility model for # mobility reduction due to remote phonon scattering. This is based # in the work in: # # Zhu, W. and Ma, T., "Temperature Dependence of CHannel Mobility in # HfO2-Gated NMOSFETs", IEEE Elec. Dev. Lett., Vol. 25, No. 2, pp. 89-91, # 2 Feb. 2004. # # The objective of this simulation is to reproduce the data in figure 2 # of that reference. # # First define a simple MISFET (2 micron chanel length). In the first # run we use a HfO2 gate dielectric. In the second half we use SiO2 # of equivalent thickness. # mesh x.m l=0.00 s=0.1 x.m l=0.8 s=0.05 x.m l=1.3 s=0.1 x.m l=1.8 s=0.05 x.m l=2.6 s=0.1 # y.m l=-0.004888 s=0.001 y.m l=0.0 s=0.001 y.m l=0.1 s=0.025 y.m l=1 s=0.2 # region num=1 y.min=0 y.max=1 silicon region num=2 y.max=0 material=HfO2 electrode name=gate x.min=0.6 x.max=2.0 y.max=-0.004888 electrode name=source x.max=0.5 y.min=0 y.max=0 electrode name=drain x.min=2.1 y.min=0 y.max=0 electrode substrate doping uniform conc=4e15 p.type doping gauss n.type conc=1e20 char=0.075 lat.char=0.05 reg=1 x.r=0.6 doping gauss n.type conc=1e20 char=0.075 lat.char=0.05 reg=1 x.l=2 # # The following line uses the high-k workfunction model. # contact name=gate aluminum # # Optionally modify workfunction. # #contact name=gate highk.al on.HfO2 # # Here we assign high background mobility to separate out # remote phonon effect, mobility rps.n rps.p mun0=5000 # # normally this would also be on to include cvt model. # #mobility cvt.n cvt.p # method newton carriers=2 # solve init solve solve vdrain=0.01 # save outf=highkex01_0.str # # Here we probe the normal field and channel charge. These are # used in the set file to help calculate effective channel mobility. # probe name=Eperp x=1.3 y=0.0001 dir=90 field probe name=charge x.min=1.1 x.max=1.5 n.conc integrate y.min=0 y.max=0.2 # log outf=highkex01_0.log solve vstep=0
时间: 2025-07-05 14:42:56 浏览: 5
<think>好的,我现在需要帮用户解决关于使用ATLAS仿真高k迁移率模型的问题,特别是涉及HfO2栅介质和远程声子散射效应的MOSFET器件。首先,我需要理解用户的具体需求,他们可能是在进行半导体器件模拟,想要了解如何利用ATLAS工具来建立这样的模型,并考虑远程声子散射的影响。
接下来,我需要回顾ATLAS仿真工具的基本流程。ATLAS是Silvaco公司开发的TCAD工具,常用于半导体器件的电学特性模拟。用户提到的高k材料HfO2常用于替代传统的二氧化硅栅介质,以减少漏电流,但这也引入了迁移率下降的问题,部分原因是远程声子散射。因此,模拟中需要考虑材料特性和散射机制的影响。
然后,我需要整合高k迁移率模型的相关知识。高k材料的介电常数较高,但会导致载流子在沟道中的迁移率降低,这通常由远程声子散射、表面粗糙度散射等因素引起。ATLAS中的迁移率模型可能需要设置特定的参数,如远程声子散射的耦合强度、声子频率等。用户提到的远程声子散射效应,可能需要启用相应的模型,比如在材料定义部分指定HfO2的声子属性。
接下来是HfO2栅介质的建模。在ATLAS中,定义栅介质材料需要设置其厚度、介电常数、能带参数等。此外,高k介质与硅衬底之间的界面态也可能影响器件性能,可能需要设置界面陷阱密度等参数。
关于仿真步骤,可能需要从器件结构定义开始,包括栅极、源漏区域、沟道等。然后设置材料参数,特别是HfO2的属性。接着,在物理模型部分启用高k迁移率模型和远程声子散射模型。之后进行网格划分,确保关键区域(如沟道近栅处)有足够的网格密度以捕捉电场变化。然后设置仿真参数,如电压扫描范围,并运行仿真分析结果,如Id-Vg曲线、迁移率随电场的变化等。
验证部分,可能需要将仿真结果与实验数据或已发表的研究结果对比,确保模型的准确性。例如,HfO2的等效氧化层厚度(EOT)和漏电流是否符合预期,迁移率下降的趋势是否与理论一致。
用户可能还关心如何具体在ATLAS中设置这些模型参数,可能需要参考ATLAS的用户手册或相关文献中的参数值。此外,用户可能遇到收敛性问题,特别是在高电场或复杂物理模型的情况下,调整求解器设置或网格精度可能有帮助。
最后,生成相关问题时要覆盖建模步骤、参数设置、物理效应的影响、结果分析以及与其他工具的对比,这样可以帮助用户全面理解问题并深入探索。</think>### ATLAS仿真高k迁移率模型与HfO2栅介质中的远程声子散射效应
#### 1. 高k迁移率模型的核心挑战
高k材料(如$HfO_2$)的引入虽然降低了栅极漏电流,但会因远程声子散射(Remote Phonon Scattering)导致载流子迁移率下降[^1]。ATLAS仿真需通过以下模块实现建模:
$$
\mu_{eff} = \frac{1}{\frac{1}{\mu_{phonon}} + \frac{1}{\mu_{surface}}}
$$
其中$\mu_{phonon}$包含远程声子散射分量,需在材料参数中定义声子耦合强度$D_{ph}$和频率$\omega_{ph}$。
#### 2. ATLAS仿真关键步骤
```TCL
# Hf
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