[發明專利]一種基于二硫化鉬的CMOS反相器的仿真結構及應用

在審

• 申請號: 202211442775.5
• 申請日: 2022-11-17
• 公開（公告）號: CN115935861A
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 戴麗萍;王德印
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06F30/30
• 分類號: G06F30/30;G06F30/23
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及半導體器件技術領域，具體設計了一種基于二硫化鉬的CMOS反相器的仿真結構及應用。該反相器結構的建立包括合理劃分網格結構、設置硅襯底層、定義n型和p型MoS2導電材料、柵介質層和定義p型、n型二硫化鉬層，最后設置源漏電極，完成MoS2晶體管結構的建立，并在此基礎上建立二硫化鉬的CMOS反相器的結構。本發明利用Silvaco?TCAD軟件強大的器件和電路仿真功能定義MoS2反相器的結構，使用此結構可有效用于分析反相器的各種影響因素對二硫化鉬的CMOS反相器的靜態和動態特性的影響，該模型不僅結構簡單明了、原理易懂、無需復雜的建模過程，而且充分反映了MoS2的特性反相器的工作機理，在實際集成電路生產中具有指導性的意義和作用。

技術領域

本發明屬于半導體器件技術領域，具體設計了一種用于分析基于二硫化鉬的CMOS反相器特性的仿真結構和應用。

背景技術

自2004年石墨烯材料問世以來，二維材料因其優越的電學和力學性能而備受關注，基于二維材料的納米電子器件為進一步小型化提供了可能，被認為是未來幾最有可能取代硅的材料之一。然而石墨烯因為能帶間隙小不利于向數字邏輯電路的發展。這促使人們尋找其他具有明顯帶隙的二維材料。近年來，基于MoS2制造的電子器件和電路得到了廣泛關注，二維MoS2與傳統硅相比擁有較大優勢，它比納米級別厚的硅薄膜更薄，介電常數比硅小，而且具有高的熱穩定性、抗氧化性、無懸掛鍵等特點?；贛oS2的場效應晶體管具有較大的開/關比、極高的載流子遷移率和相對較小的亞閾值擺幅，這使它們在數字邏輯電路方面的應用潛力較大，尤其是在作為最基本的邏輯門電路之一的反相器中的應用得到人們的廣泛研究。

實際制備基于MoS2反相器的過程工藝非常復雜，制作成本較高，為了使MoS2表現出p溝道到點特性需要對其進行摻雜，目前的摻雜工藝對二維材料薄膜的質量產生影響，甚至存在與現有的CMOS工藝存在不兼容的問題，對于分析MoS2反相器的特性參數難度較大，而且因為二維MoS2這種材料比較新穎，大多數仿真軟件庫里沒有這個材料，這為相關的仿真研究帶來了一定難度。近年來，有關二維材料的仿真研究非常少，大部分研究停留在了單一的場效應晶體管上、實際制備分立器件的研究比較多，這些無法深入研究以反相器為基本電路的數字邏輯電路的研究，為二維材料在實際集成電路的發展產生不利影響。

發明內容

本發明目的在于提供一種用分析基于二硫化鉬的CMOS反相器特性的仿真結構和應用，以解決的實際基于MoS2材料制備的CMOS反相器的特性參數分析困難問題，彌補基于二維材料的器件和電路仿真的不足。

為了達到上述目的，本發明了提供一種用分析基于二硫化鉬的CMOS反相器特性的仿真結構的具體技術方案如下：

步驟S1：利用SilvacoTCAD建立基于MoS2的n型和p型背柵場效應晶體管：合理劃分網格結構，并定義p型和n型MoS2材料、硅襯底、柵氧化層以及電極材料；

步驟S2：獲得p型和n型MoS2場效應晶體管的仿真結果，實現兩個晶體管的輸出特性相匹配；

步驟S3：將p型和n型MoS2晶體管定義在相同襯底上，定義MoS2反相器的結構，并將此結構導入Silvaco軟件中的MixedMode模塊進行電路仿真，驗證其基本邏輯功能和仿真特性；

步驟S4：將二硫化鉬的CMOS反相器的結構和程序導出，形成一種分析基于二硫化鉬的CMOS反相器特性參數的仿真結構；

可選的，在所述仿真結構中，在步驟S1中，網格的劃分包括對X軸和Y軸，其中，所述X軸和Y軸垂直。

可選的，在所述仿真結構中，在步驟S1中，MoS2是在硅材料的基礎上，通過p型和n型摻雜、p型和n型的摻雜濃度均為1e17以及cvt模型參數的修正定義的，所使用的模型為cvtsrh和boltzmann模型。