Modellierung Nanoelektronischer Halbleiter Bauelemente

Die agressive Skalierung des MOSFET, die voraussichtlich bis zu Gatelängen unter 20 nm voranschreiten wird, setzt neue Herausforderungen an die theoretische Beschreibung und das Verständnis des Stromleitungs- Mechanismus. Durch die Quantisierung der Ladungsträger werden einerseits die elektrostatische Ladungssteuerung und andererseits die Transporteigenschaften des Kanals verändert. Die wesentlichsten Quanteneffekte sind die Einschränkung im Kanal und das Tunneln in Kanal-Längsrichtung. Beide Effekte liegen außerhalb des Gültigkeitsbereichs von heutigen Simulationsmethoden, die auf der halbklassischen Boltzmanngleichung basieren. Es müssen daher neue Simulationsmethoden für die korrekte Beschreibung von nanoelektronischen Bauelementen entwickelt werden. Häufig verwendete Quantentransport-Formulierungen beruhen auf der Dichtematrix, den Nichtgleichgewichts-Greenschen Funktionen oder der Wigner Funktion. Letztere Formulierung wird in diesem Projekt verwendet. Eine kürzlich entwickelte Monte Carlo Methode zur numerischen Lösung der Wigner Gleichung interpretiert den nichtlokalen Potentialoperator als einen Qellenterm für positive und negative numerische Teilchen. Diese Monte Carlo Methode wird ausgebaut, um weitere physikalische Effekte wie Einschränkung im Kanal, eine realistische Bandstruktur, und das selbst-konsistente elektrostatische Potenzial zu berücksichtigen. Die Kanalquantisierung verändert sowohl die Streuraten als auch die Ladungsverteilung. Das vorgeschlagene numerische Modell ermöglicht die Simulation von heutigen und zukünftigen MOSFET Architekturen, die daduch charakterisiert sind, dass der Ladungstransport in sehr dünnen Halbleiterschichten und die Stromsteuerung über sehr kurze Distanzen mittels Doppel- oder Dreifach-Gateelektroden erfolgt.

Die agressive Skalierung des MOSFET, die voraussichtlich bis zu Gatelängen unter 20 nm voranschreiten wird, setzt neue Herausforderungen an die theoretische Beschreibung und das Verständnis des Stromleitungs- Mechanismus. Durch die Quantisierung der Ladungsträger werden einerseits die elektrostatische Ladungssteuerung und andererseits die Transporteigenschaften des Kanals verändert. Die wesentlichsten Quanteneffekte sind die Einschränkung im Kanal und das Tunneln in Kanal-Längsrichtung. Beide Effekte liegen außerhalb des Gültigkeitsbereichs von heutigen Simulationsmethoden, die auf der halbklassischen Boltzmanngleichung basieren. Es müssen daher neue Simulationsmethoden für die korrekte Beschreibung von nanoelektronischen Bauelementen entwickelt werden. Häufig verwendete Quantentransport-Formulierungen beruhen auf der Dichtematrix, den Nichtgleichgewichts-Greenschen Funktionen oder der Wigner Funktion. Letztere Formulierung wird in diesem Projekt verwendet. Eine kürzlich entwickelte Monte Carlo Methode zur numerischen Lösung der Wigner Gleichung interpretiert den nichtlokalen Potentialoperator als einen Qellenterm für positive und negative numerische Teilchen. Diese Monte Carlo Methode wird ausgebaut, um weitere physikalische Effekte wie Einschränkung im Kanal, eine realistische Bandstruktur, und das selbst-konsistente elektrostatische Potenzial zu berücksichtigen. Die Kanalquantisierung verändert sowohl die Streuraten als auch die Ladungsverteilung. Das vorgeschlagene numerische Modell ermöglicht die Simulation von heutigen und zukünftigen MOSFET Architekturen, die daduch charakterisiert sind, dass der Ladungstransport in sehr dünnen Halbleiterschichten und die Stromsteuerung über sehr kurze Distanzen mittels Doppel- oder Dreifach-Gateelektroden erfolgt.