26、应变对半导体器件性能的影响及相关效应分析

应变对半导体器件性能的影响及相关效应分析

1. 应变对沟道迁移率的影响建模

在纯球形应变情况下，当 $\Delta E_c = \Delta E^{(1)}_c = \Delta E^{(2)}_c = \Delta E^{(3)}_c$ 且 $\Delta E_v = \Delta E^{(l)}_v = \Delta E^{(h)}_v$ 时，椭球对总电子浓度的相对贡献，以及轻、重空穴带对总空穴浓度的相对贡献保持不变。

应变引起的能谱移动会影响能量谷的相对填充情况，进而有效改变载流子迁移率。硅中的电子电流密度可以表示为纵向和横向电流密度分量在晶体坐标系中所有能量椭球对的叠加：
$J_n = n \sum_{i = 1}^{3} \mu^{(i)} n \frac{\partial f_n}{\partial x {c_i}} \vec{e} {c_i}$
其中，$\mu^{(i)}_n = n^{(i)}_n \mu {\parallel} + (1 - n^{(i)} n) \mu {\perp}$ 是沿第 $i$ 个晶轴的有效电子迁移率，$f_n$ 是准费米势，$\mu_{\parallel}$ 和 $\mu_{\perp}$ 分别表示纵向和横向椭球方向的电子迁移率。

在没有应变时，$n^{(i)}/n = 1/3$，有效迁移率变为标量：
$\mu_{n0} = \frac{\mu_{\parallel} + 2\mu_{\perp}}{3}$
此时电子电流密度的标准表达式为：
$J_n| {\epsilon = 0} = n\mu {n0}\