一种改进的纳米片紧凑模型，能够捕捉间隔层和外延几何结构对射频应用的影响

《IEEE Transactions on Electron Devices》：An Improved Nanosheet Compact Model Capturing Spacer and Epitaxial Geometry Effects for RF Applications

纳米片场效应晶体管（NSFET）几何寄生效应建模研究。分析间距L_sp和源漏 epitaxial高度H_sde对电流、电容及跨导的影响，提出BSIM-CMG框架内可扩展经验模型，验证其与三维TCAD模拟及射频测试的吻合性，揭示几何参数对射频性能的关键作用。

　　

摘要：

在纳米片场效应晶体管（NSFETs）中，准确建模与几何形状相关的寄生参数对于可靠地预测射频性能至关重要。在这项研究中，我们探讨了间隔层厚度（Lsp）和源/漏外延高度（Hsde）对电流、电容以及跨导（g_m）行为的影响。物理分析表明，减小间隔层厚度会降低串联电阻，但会增加寄生电容，并降低射频性能指标；而减小源/漏外延高度则可以减轻寄生电容的影响，并通过降低源/漏电阻来改善射频性能。基于这些物理洞察，我们在BSIM-CMG框架内开发了基于经验且可扩展的紧凑模型，这些模型明确考虑了间隔层厚度和源/漏外延高度的依赖性。所提出的模型与3D TCAD仿真结果高度吻合，能够准确再现不同几何形状下的I-V和C-V特性，并成功通过了包括截止频率（f_T）和谐波平衡（HB）分析在内的射频基准测试。这项工作强调了几何形状驱动的寄生参数在NSFET设计中的关键作用，并提供了一种紧凑、准确且易于集成到先进射频电路设计流程中的建模方案。

引言

6G无线通信的发展带来了挑战，因为需要多输入多输出（MIMO）[1]技术在95吉赫（GHz）到3太赫（THz）的宽频范围内工作[2]。为了成功实现这一技术，需要大量的低噪声和高功率放大器。CMOS技术在满足这些高频要求方面的可行性是一个有趣的研究领域，这可能会带来成本效益高的集成方案。由于FinFET在栅极静电特性上的优势，它们已经在射频应用中取代了平面MOSFET，从而提高了固有增益[3]。最近报道的FinFET展示了出色的射频性能，例如截止频率和最大振荡频率[4],[5],[6]。FinFET相对较低的栅极电阻和增强的寄生电容主要归因于其高度缩小的结构。与FinFET相比，纳米片场效应晶体管（NSFET）具有更好的栅极控制能力，这减少了短通道效应（SCEs），降低了输出导通电阻，并在相同尺寸下实现了更宽的有效通道宽度[7],[8],[9]。此外，NSFET具有更高的跨导，这对射频性能有利[4],[5],[6],[10]。然而，其复杂的3D结构也会增加噪声，从而降低射频性能[11],[12]。