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凝聚态物理 > 中尺度与纳米尺度物理

arXiv:2504.00214v2 (cond-mat)
[提交于 2025年3月31日 (v1) ,修订后的 2025年4月3日 (此版本, v2) , 最新版本 2025年5月24日 (v5) ]

标题: SEMIDV:具有量子效应的紧凑型半导体器件模拟器

标题: SEMIDV: A Compact Semiconductor Device Simulator with Quantum Effects

Authors:Chien-Ting Tung
摘要: 本文中,我提出了SEMIDV——一种结合量子效应的紧凑型半导体器件仿真器。 SEMIDV求解半导体器件的泊松-漂移-扩散方程,并为脚本编写和数据分析提供了用户友好的Python接口。 局域景观理论被引入以提供对漂移-扩散方程的量子修正。 该理论直接求解薛定谔方程的基态,无需进一步近似,为量子效应建模提供了高效的解决方案。 此外,开发了一种考虑弹道输运的紧凑迁移率模型,以捕捉迁移率的弹道长度依赖性和短沟道器件中的速度过冲效应。 最后,使用SEMIDV对纳米片FET进行了研究。 我分析了具有6 nm栅长的最先进的GAA/ RibbonFET的电特性,并讨论了速度过冲和量子限制对电流和电容的影响。 提出了一种栅长缩短至4.5 nm、Vdd = 0.45 V的超短沟道晶体管设计,以进一步推动集成电路技术的边界。
摘要: In this paper, I present SEMIDV - a compact semiconductor device simulator incorporating quantum effects. SEMIDV solves the Poisson-Drift-Diffusion equations for semiconductor devices and provides a user-friendly Python interface for scripting and data analysis. Localization landscape theory is introduced to provide quantum corrections to the Drift-Diffusion equation. This theory directly solves the ground state of the Schrodinger equation without further approximation, offering an efficient solution for quantum effect modeling. Additionally, a compact mobility model considering ballistic transport is developed to capture the ballistic length dependence of mobility and the velocity overshoot effect in short-channel devices. Finally, a study on a nanosheet FET using SEMIDV is conducted. I analyze the electrical characteristics of a state-of-the-art GAA/RibbonFET with a 6 nm gate length and discuss the effects of velocity overshoot and quantum confinement on currents and capacitances. A design for an ultra-short-channel transistor with a gate length down to 4.5 nm with a Vdd = 0.45 V is proposed to push the boundaries of integrated circuit technology further.
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主题: 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall) ; 应用物理 (physics.app-ph)
引用方式: arXiv:2504.00214 [cond-mat.mes-hall]
  (或者 arXiv:2504.00214v2 [cond-mat.mes-hall] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2504.00214
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Chien-Ting Tung [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 3 月 31 日 20:39:28 UTC (557 KB)
[v2] 星期四, 2025 年 4 月 3 日 01:16:52 UTC (557 KB)
[v3] 星期一, 2025 年 4 月 7 日 03:11:39 UTC (558 KB)
[v4] 星期二, 2025 年 4 月 8 日 23:50:11 UTC (556 KB)
[v5] 星期六, 2025 年 5 月 24 日 04:49:39 UTC (556 KB)
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