叠栅MOSFETs的结构设计与研究

再利用MEDICI提取图2中各自阈值电压的值，见表2。在表2中我们可以看到同等条件下VT(stack)>VT，这时需要注意的是在沟道缩小到0．1μm时，单栅NMOS于短沟道效应的影响已经没有阈值电压了，MOSFET经失去了作用，而叠栅MOSFET则保持了一个比较合理的阈值，这已经证明了叠栅结构能有效的抑制短沟道效应。为了比较两种结构的阈值电压变化率，可调整叠栅NMOS的阈值电压VT(stack)，使它在长沟道情况下与单栅NMOS的阈值电压VT相等，然后比较两种结构阈值电压随沟道长度的变化率。我们通过降低叠栅结构的沟道掺杂浓度的方法，这样就会得到在长沟道情况下两种结构阈值电压相等。实际情况下，将叠栅MOSFET沟道掺杂降为2×1016／cm3时，就可以得到上述结果。仿真结果如图3所示。

同样提取相同阈值电压单栅NMOS的情况，再将两者的提取值比较，如图4所示。显然得到的结果是在沟道长度低于0．5μm时，叠栅MOSFET的阈值电压变化率比单栅MOSFET的要小，抑制短沟道效应能力也必然要大得多。

2．2 电容特性

就叠栅MOSFET而言，它的栅电容是G1和G2混联后的电容，所以不能用单栅MOSFET栅电容的计算方法来计算叠栅结构。注意到两种结构的MOSFET除了栅结构不同外，其它参数都相同，我们可以利用单栅MOSFET的单位栅氧化层电容Cox来求解叠栅结构栅氧化层电容。

单栅长沟道MOSFET的阈值表达式如式(1)所示

叠栅MOSFET的阈值电压与单栅NMOS的阈值电压之差。这样我们就得到了叠栅MOSFET单位面积栅氧电容的表达式。

求解时用的还是表1的掺杂浓度，并且用到表2所得仿真结果。计算的具体值时，我们取表2长沟道时△VT(L=1．6μm)，可得△VT=1．08V。而在长沟道的条件下单栅NMOS单位面积的栅氧化层电容栅氧厚度tox=2．O×10-6cm(与模拟时所用的值保持一致)，这样就能得出

与普通单栅NMOS相比，减少了27％，模拟结果与计算值基本一致。

3 结论

本文提出了部分叠栅结构的MOSFETs的基本结构，分析了它们的栅电容、寄生电容等方面的优点，以及对短沟道效应的显著抑制效果。接着用MEDICI仿真验证了理论分析结果，说明了叠栅MOSFET的优越性，可用作射频电路的MOSFE。