本期內(nèi)容參考自：
Tutorial 4. Design of SOI (silicon on insulator) structure on silvaco tool_嗶哩嗶哩_bilibili
Tutorial 5. Impact of process variation on SOI MOSFET using Silvaco tool_嗶哩嗶哩_bilibili

嗨大家好我是丹丹～因?yàn)檫@學(xué)期剛告一段落，碩士論文雖然沒甚麼進(jìn)展，但抓緊空閒腹瀉式更新一下哈哈。這期要介紹的是SOI結(jié)構(gòu)。

隨著元件尺寸越來(lái)越小，通道長(zhǎng)度很短，導(dǎo)致Gate無(wú)法有效控制Channel，很多時(shí)候Channel會(huì)在VG=0 V時(shí)就導(dǎo)通、不然就是VG<Vt時(shí)也會(huì)導(dǎo)通，這些都是不樂見的。就算Gate能夠確保較表層的材料不要有載子通過(guò)，較深處的材料可能因?yàn)镈、S兩端靠太近而導(dǎo)通，這些煩惱就是大名鼎鼎的短通道效應(yīng)(Short Channel Effect)。

上途中虛線與n+間的區(qū)域就是所謂的空乏區(qū)(depletion region)，對(duì)於上面的PMOS結(jié)構(gòu)，即使我通入VG<0讓channel表面回到電中性，材料深處也可能會(huì)因?yàn)閂DS>0而讓空乏區(qū)相連，這就是擊穿效應(yīng)(punch through effect)。

怎麼辦呢？一個(gè)方法就是讓下面不要這麼寬這麼大就好了，一個(gè)方法是讓基板很薄、這種結(jié)構(gòu)又稱為 Thin-body transistor；一種方法就是在基板淺處塞一層氧化層，這就是SOI。因?yàn)檠趸瘜邮墙^緣體(insulator)，所以就把這種矽基板中間有絕緣體的結(jié)構(gòu)稱為Silicon On Insulator (SOI)，也會(huì)把這層絕緣體稱為BOX。

SOI結(jié)構(gòu)會(huì)有分成部分空乏SOI(Partially Depleted SOI, PD-SOI)與全部空乏SOI(Fully Depleted SOI, FD-SOI)兩種，雖然都是在基板中央塞一層Oxide，而PD-SOI與FD-SOI的差距是D、S、G、BOX中間Body的體積大小。由於PD-SOI會(huì)有串聯(lián)電容效應(yīng)、不只會(huì)讓系統(tǒng)充放電更久而延遲，同時(shí)會(huì)遇到浮體效應(yīng)(Floating body effect, 歷史效應(yīng)(history effect), 扭結(jié)效應(yīng)(Kink effect))。

所謂浮體效應(yīng)就是本來(lái)會(huì)接出去電路的Body沒有電路往外接、而DB介面的高電場(chǎng)會(huì)形成撞擊游離的電子電洞對(duì)，電子可以被抽走，但是電洞卻會(huì)累積在BOX上、導(dǎo)致Body的特質(zhì)改變、會(huì)影響到Vt，換言之，此元件的操作竟然與先前的操作相關(guān)，所以又稱為歷史效應(yīng)。

因此，減小Body可以讓電性更穩(wěn)，但更直觀的就是散熱能力變很差，會(huì)影響電性。

把基板封起來(lái)便會(huì)造成自加熱效應(yīng)。不過(guò)其實(shí)嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，不是自加熱效應(yīng)被產(chǎn)生，而是其他時(shí)候熱都有被排除，F(xiàn)D-SOI是讓排熱困難而造成問題而已。

FD-SOI因?yàn)樽孏ate能夠更好地掌控Body，因而能減少基體效應(yīng)係數(shù)、同時(shí)能夠增加電流、轉(zhuǎn)導(dǎo)、降低SS到理想的60 mv/decade

以下就來(lái)看代碼吧。

結(jié)果：

我們把在第一回的範(fàn)例1的ID-VG圖疊到這次結(jié)構(gòu)的ID-VG圖上(因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)幾乎相同)，會(huì)發(fā)現(xiàn)SOI結(jié)構(gòu)的電流比較小、開啟也比較晚。

為什麼會(huì)這樣呢？其實(shí)稍微想一下就知道，因?yàn)榇怪狈较虻腗OS結(jié)構(gòu)多了一塊不良導(dǎo)體BOX，所以壓降VG將會(huì)分散到Oxide上、讓反轉(zhuǎn)的力道變小、也就是psi_s變小。對(duì)於SOI物理有興趣的同學(xué)可以參考 Yuan Taur 教授的?Fundamentals of Modern VLSI Devices 第三版，這本書真的是學(xué)半導(dǎo)體器件物理的同學(xué)必備好書呀！

從CV圖多少也可以看出SOI結(jié)構(gòu)確實(shí)也是會(huì)延遲反轉(zhuǎn)，只是表面累積時(shí)(surface accumulation)電容為何更大暫時(shí)沒有想法就是啦～

這期就到這邊～雖然SOI技術(shù)如今市占率不高，因?yàn)檠u程不容易、繼而導(dǎo)致產(chǎn)品價(jià)格高。但是還是很有必要學(xué)習(xí)的。

我們下期再見啦～