9、半导体器件中隧穿电流建模的关键参数与计算方法解析

半导体器件中隧穿电流建模的关键参数与计算方法解析

1. 物理参数基础

在半导体器件的研究中，一些物理参数起着关键作用。
- 有效质量 ：
- 氧化物有效质量 (m_{OX}) 的合理范围在 (0.4m_0) 到 (0.5m_0) 之间，其中 (m_0) 是自由电子质量，不同的氧化工艺会导致 (m_{OX}) 有细微差异。
- 在 <100> 取向的硅中，电子有效质量有两个值，分别对应二重纵向谷（(m_L = 0.916m_0)）和四重横向谷（(m_T = 0.19m_0)）。在常见偏置条件下，四重横向谷电子分布最多，因此对于紧凑建模，(m_{Si}=0.19m_0) 是一个不错的近似。若阴极是多晶硅，可近似为简并掺杂硅，此时 (m_{Si}) 需略微增加到 (0.3m_0)。
- 势垒高度 ：
- 经典的 (Si/SiO_2) 界面势垒高度 (\Phi_0 = 3.12eV)。在现代存储器件中，控制栅和浮栅由多晶硅制成，所以需要估算 (poly - Si/SiO_2) 势垒高度。尽管常用经典的 (Si/SiO_2) 势垒高度代替 (poly - Si/SiO_2) 势垒高度，但实际上 (poly - Si/SiO_2) 势垒高度低于 (3.12eV)，约为 (\Phi_0\approx2.9eV)。这主要是因为多晶硅/二氧化硅界面粗糙度增加导致局部电场增强，以及多晶硅晶粒边界处的局部电荷堆积。

2. 电荷量子化对氧化物势垒高度的影响

当硅表面处于反转或积累状态（这是 MOSFET 和浮栅存储器隧道注入时的常见条件）时，载流子被限制在一个狭窄