Modellierung von Quanteneffekten in einem ladungsbasierten MOS-Transistor-Modell zur Simulation von nanoskalierten CMOS-Analogschaltungen

Abstract

Aufgrund der fortschreitenden Miniaturisierung der Bauelemente in CMOS-Schaltungen und den dadurch erreichten Strukturgrößen nehmen quantenmechanische Effekte zunehmenden Einfluss auf die Funktion von Transistoren und damit auf die gesamte Schaltung. Unter Einbeziehung der Energiequantisierung an der Si/SiO₂-Grenzfläche wird untersucht, wie sich durch eine Modifikation der Beschreibung des Oberflächenpotenzials die Inversionsladung quantenmechanisch formulieren lässt. Im Hinblick auf den Entwurf und die Simulation von CMOS-Analogschaltungen wird dazu ein ladungsbasiertes MOS-Transistor-Modell zugrunde gelegt. Die sich daraus ergebenden Veränderungen für die Kapazitäten und die Inversionsladung werden dabei für die Modellierung des quasiballistischen Drain-Source-Stromes verwendet. Dazu wird innerhalb dieses Modells ein Streufaktor berechnet, mit dem nanoskalierte MOS-Transistoren mit einer Kanallänge von unter 20 nm simuliert werden können. Ausgehend von Parametern eines CMOS-Prozesses werden mit MATLAB die Einflüsse der quantenmechanischen Effekte bei der Skalierung des Transistors analysiert.