[发明专利]MOS器件非均匀界面退化电荷的数值模拟方法及系统

权利要求书

1.MOS器件非均匀界面退化电荷的数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：设置MOS器件的参数；

步骤2：根据所述MOS器件参数，计算MOS器件的初始阈值电压V_th；

步骤3：设置MOS器件的应力环境；

步骤4：构建一计算非均匀界面电荷数N_it(x,t)的功能模型，所述非均匀界面电荷数N_it(x,t)中的x表示器件的沟道方向，t表示应力时间；在所述应力环境下，令所述非均匀界面电荷数N_it(x,t)的功能模型中的所述非均匀界面电荷数N_it(x,t)的初始值为零，计算非均匀界面电荷MOS器件的稳态值；

步骤5：在所述稳态值中，提取MOS器件沟道表面的空穴浓度p(x,t)和栅氧化层电场E_ox(x,t)；

步骤6：利用NBTI的退化模型，根据所述空穴浓度p(x,t)和栅氧化层电场E_ox(x,t)获得新的非均匀界面电荷数N_{it_new}(x,t)；

步骤7：根据所述新的非均匀界面电荷数N_{it_new}(x,t)，重新计算MOS器件的阈值电压V_{th_new}(t)，所述阈值电压V_{th_new}(t)和初始阈值电压V_th的差值为NBTI的阈值退化量；

步骤8：令N_it(x,t)=N_{it_new}(x,t)，重新计算非均匀界面电荷MOS器件的稳态值和下一个时刻的栅氧化层电场E_ox(x,t)和沟道表面的空穴浓度p(x,t)；

步骤9：重复所述步骤5至步骤8，直到MOS器件的应力时间t达到了设置退化的终止时间t_stop，此时输出不同时刻的非均匀界面电荷数N_it(x,t)，不同时刻的阈值电压V_{th_new}(t)，以及不同时刻沟道表面的空穴浓度p(x,t)、栅氧化层电场E_ox(x,t)。

2.根据权利要求1所述的MOS器件非均匀界面退化电荷的数值模拟方法，其特征在于，所述步骤4和步骤8中根据如下步骤计算稳态值：

步骤11：定义一非均匀界面电荷数N_it(x,t)；

步骤12：在所述非均匀界面电荷数N_it(x,t)的计算控制部分定义一开关量；

步骤13：对所述开关量进行判断：当所述开关量关闭时，按原泊松方程计算器件的界面电势，其中ψ表示MOS器件的界面电势，ε_s和ε_i分别是半导体和绝缘体的介电常数，q是电荷电量，n是由半导体指向绝缘体的法向量，N_it是器件界面电荷数，在器件沟道内是均匀的，是一个常量；当所述开关量打开时，按所述非均匀界面电荷数N_it(x,t)的泊松方程计算器件的界面电势，其中，N_it(x,t)随着器件的沟道方向x的变化而变化，是非均匀的，而且随着应力时间t的变化而变化。

步骤14：结合所述计算非均匀界面电荷数的泊松方程对MOS器件进行非均匀界面电荷的稳态计算。

3.根据权利要求1所述的MOS器件非均匀界面退化电荷的数值模拟方法，其特征在于，所述数值模拟方法在开源数值模拟软件下实现。

4.根据权利要求1所述的MOS器件非均匀界面退化电荷的数值模拟方法，其特征在于，所述步骤2和步骤7中包括：

步骤21：设置应力V_g=0，工作电压V_d=0，计算MOS器件的平衡态；

步骤22：在所述平衡态下，设置不同的非均匀界面电荷数N_it(x,t)，用漏极扫描方法，设置V_d=工作电压，增加栅极电压V_g，同时测试漏极电流；

步骤23：当漏极电流达到1微安时，MOS器件导通，此时的栅极电压为MOS器件的阈值电压，并对初始阈值电压V_th和设置应力后的各阈值电压V_{th_new}(t)进行输出。