石墨烯晶體管的小信號模型的截止頻率的計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及半導(dǎo)體電子器件的建模仿真技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種針對于石墨締晶 體管改進的小信號模型的截止頻率的計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 石墨締作為一種典型的二維材料受到科學(xué)界的持續(xù)性關(guān)注。石墨締具有出色的電 學(xué)特性，熱特性和機械特性，比如室溫下高達100000cm7v?S的載流子遷移率，使石墨締可 W應(yīng)用在觸摸面板、透明導(dǎo)電膜等領(lǐng)域。石墨締具有遠遠大于化的電流密度限值，可W實 現(xiàn)低成本但可比化通過更大電流的導(dǎo)線。而在器件領(lǐng)域，石墨締晶體管得制作工藝也日趨 完善，2013年IBM制作出了第一個石墨締混頻器集成電路。石墨締晶體管的應(yīng)用主要是高 頻領(lǐng)域。
[0003] 一般，在制作高頻集成電路之前，要使用計算機仿真或者利用小信號模型將電路 簡化分析的方法驗證設(shè)計電路的可行性。運需要對器件建立一個準(zhǔn)確的小信號模型，來分 析在電路中的電學(xué)行為。
[0004] 采用石墨締作為有源層的晶體管作為一個新型器件，它具有與娃基晶體管不同的 金屬的接觸特性。對于運個接觸特性，使得石墨締和金屬接觸在接觸面會產(chǎn)生一個額外的 接觸電容。
[0005] 在設(shè)計基于石墨締晶體管的集成電路時，為獲得更加準(zhǔn)確的仿真結(jié)果，必須考慮 接接觸電容對器件高頻性能的影響。器件的接觸特性，國外專家已經(jīng)完成了對于石墨締和 金屬接觸特性、接觸電容特性的研究，但還沒有一個完整的小信號模型考慮到運個接觸電 容的影響及完善后的小信號模型對于截止頻率的計算所帶來的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一）要解決的技術(shù)問題
[0007] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的主要目的在于一種針對于石墨締晶體管 改進的小信號模型的截止頻率的計算方法，W加入的接觸電容的小信號模型，建立截止頻 率的數(shù)值解模型，進而針對于高截止頻率和低截止頻率化簡數(shù)值解模型得到解析解，最后， 通過擬合高截止頻率和低截止頻率的到覆蓋全頻率的準(zhǔn)確的截止頻率模型。
[000引（二）技術(shù)方案
[0009] 為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種石墨締晶體管的小信號模型的截止頻率的計 算方法，該方法包括：
[0010] 在晶片襯底上形成多個W石墨締材料作為有源區(qū)的M0SFET，其中在各個有源區(qū)上 形成源漏金屬接觸；
[0011] 測量各個M0S陽T的截止頻率；
[0012] 針對于原始的小信號模型和石墨締有源區(qū)與源漏金屬接觸之間的接觸電容存在 的特殊性質(zhì)，將傳統(tǒng)的小信號模型加W修改的到新的小信號等效模型；
[0013] 基于新的小信號等效模型，利用傳統(tǒng)電路分析方法、基爾霍夫電流定律化化）W 及基爾霍夫電壓定律（KVL)分析方法，得到新的截止頻率的數(shù)值解；
[0014] 將截止頻率的數(shù)值解與截止頻率的測量值做比較，反饋修改小信號等效模型。
[0015] 其中，測量截止頻率之后進一步包括破壞性實驗測量石墨締有源區(qū)與源漏金屬接 觸之間的間隙距離，從而得到接觸電容的測量值。其中，反饋修改小信號等效模型包括調(diào)節(jié) 接觸電容的理論計算值。
[0016] 其中，得到新的截止頻率的數(shù)值解進一步包括：基于此數(shù)值解模型，對于低頻的截 止頻率，數(shù)值模型進一步簡化，得到適用于低頻的解析計算模型；或者基于此數(shù)值解模型， 對于高頻的截止頻率，數(shù)值模型進一步簡化，得到適用于高頻的解析計算模型；或者基于此 數(shù)值解模型，對于高頻及低頻的截止頻率，利用數(shù)學(xué)擬合方法，得到既適用于高頻也適用于 低頻的解析模型。
[0017] (S)有益效果
[0018] 從上述技術(shù)方案可W看出，本發(fā)明具有W下有益效果：
[0019] 1、利用本發(fā)明，可W對石墨締晶體管電路進行化簡，可W廣泛的準(zhǔn)確的應(yīng)用到模 擬電路的分析上。
[0020] 2、利用本發(fā)明，通過改進的小信號模型，可W方便的考察器件的截止頻率受器件 不同參數(shù)，如接觸電阻、接觸電容等的影響，從而達到優(yōu)化器件截止頻率的目的。
[0021] 3、利用本發(fā)明，提供了數(shù)值解的方程和解析解的方程，可W精確計算出器件的截 止頻率，利用得到的截止頻率，可W對石墨締晶體管的射頻特性做預(yù)測。
[0022] 依照本發(fā)明的石墨締晶體管小信號模型的截止頻率的計算方法，針對石墨締有源 與金屬接觸之間接觸電容優(yōu)化了小信號模型，對不同頻段重新得到器件截止頻率，提高了 器件模型的精確度。利用本發(fā)明，可W精確計算及擬合石墨締晶體管的截止頻率，適于石墨 締晶體管的高頻研究。本發(fā)明理論合理，結(jié)果精確，簡單易行，有利于建立完整的石墨締晶 體管小信號仿真模型。
【附圖說明】
[0023] W下參照附圖來詳細說明本發(fā)明的技術(shù)方案，其中：
[0024]圖1為依照本發(fā)明實施例的獲取針對于石墨締晶體管改進的小信號模型的截止 頻率的計算方法的流程圖；
[0025] 圖2為將傳統(tǒng)的小信號等效電路模型加W修改得到改進的小信號電路等效模型 圖；
[0026] 圖3A為在一定的石墨締金屬等效距離下本征源漏電壓與截止頻率之間關(guān)系；
[0027] 圖3B為石墨締和金屬接觸部分的等效距離對于截止頻率的影響；
[002引圖4為利用本發(fā)明方法建立的石墨締晶體管高頻和低頻截止頻率的解析模型，計 算得到的截止頻率隨柵壓的變化；
[0029]圖5為利用本發(fā)明方法建立的石墨締晶體管截止頻率數(shù)值模型及解析模型，利用 數(shù)值模型和解析模型計算的截止頻率隨柵壓變化的對比。
【具體實施方式】
[0030] W下參照附圖并結(jié)合示意性的實施例來詳細說明本發(fā)明技術(shù)方為使本發(fā)明的目 的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，W下參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0031] 如圖1所示，本發(fā)明實施例的獲取針對于石墨締晶體管改進的小信號模型的截止 頻率的計算方法的流程圖，包括W下步驟：
[0032] 步驟1 :在晶片襯底上形成多個W石墨締材料作為有源區(qū)的M0SFET，其中在各個 有源區(qū)上形成源漏金屬接觸；
[003引步驟2 :巧慢各個M0S陽T的截止頻率；
[0034] 步驟3:針對于原始的小信號模型和石墨締接觸電容存在的特殊性質(zhì)，可W將傳 統(tǒng)的小信號等效電路模型加W修改得到改進的小信號電路等效模型。
[0035] 步驟4 :基于新的小信號電路等效模型，得到截止頻率的數(shù)值解計算公式。
[003引步驟5 :對于高頻的截止頻率，得到截止頻率的解析計算方法。對于低頻的截止頻 率，得到截止頻率的解析計算方法。最終，基于兩種解析模型重新計算，可W得到總的解析 的截止模型的計算公式。
[0037] 步驟6 :將截止頻率的數(shù)值解與截止頻率的測量值做比較，反饋修改小信號等效 模型。
[0038] 其中，步驟3中所述將傳統(tǒng)的小信號等效電路模型加W修改得到改進的小信號電 路等效模型如圖2所示。圖2中，柵電極與源漏電極兩端在接觸電阻Rs和Rd兩端都分別 并聯(lián)了一個接觸電容Cc，其中該接觸電容主要取決于石墨締與金屬接觸之間的等效分離的 距離（也即石墨締最頂層與金屬接觸最低層之間的等效間距）。本申請的技術(shù)方案首先在 同一個晶片上形成大量器件參數(shù)不盡相同的石墨締場效應(yīng)晶體管，例如利用CVD生長并轉(zhuǎn) 移石墨締之后，刻蝕出石墨締有源層，再利用ALD等工藝生長絕緣層，其中在整個晶片上不 同區(qū)域之間通過調(diào)整沉積工藝參數(shù)控制絕緣層的厚度而形成高寬比不同的多個接觸孔。然 后采用PECVD、蒸發(fā)、瓣射等工藝，在多個接觸孔中形成金屬接觸。此時，由于接觸孔彼此的 高寬比不同，受制于工藝特性，金屬在接觸孔中的臺階覆蓋率、特別是底部薄膜接觸質(zhì)量將 彼此不同。通過掃描電鏡SEM等破壞性探測手段，可W檢測同一個晶片中不同接觸孔中金 屬接觸與石墨締有源層之間的具體接觸情況，也即得到不同的等效分離的距離d。。。隨后可 W針對各個不同的d。。計算石墨締M0S的截止頻率，并且利用雙頻法等測量M0S器件電學(xué)特 性的實際測量值（例如截止頻率）與理論計算值做比較，反饋修改計算截止頻率所用的小 信號等效模型（具體的，也即修改等效分離的距離cU對應(yīng)的接觸電容），從而獲得更精確的 小信號模型（更精確的石墨締與金屬接觸之間的接觸電容分布特性）。例如如圖3A所示， 為在一定的石墨締金屬等效距離下本征源漏電壓與截止頻率之間關(guān)系，其中破壞性實驗獲 得的測量值將略小于真實值，但是偏離關(guān)系近似線性，可W通過數(shù)值外推得到。
[0039] 對于運樣的針對于原始的小信號模型和石墨締接觸電容存在的特殊性質(zhì)，可朗尋 傳統(tǒng)的小信號等效電路模型加W修改得到改進的小信號電路等效模型，本發(fā)明