Spectral and polarization effects in deterministically nonperiodic multilayers containing optically anisotropic and gyrotropic materials

Influence of material anisotropy and gyrotropy on optical properties of fractal multilayer nanostructures is theoretically investigated. Gyrotropy is found to uniformly rotate the output polarization for bi-isotropic multilayers of arbitrary geometrical structure without any changes in transmission spectra. When introduced in a polarization splitter based on a birefringent fractal multilayer, isotropic gyrotropy is found to resonantly alter output polarizations without shifting of transmission peak frequencies. The design of frequency-selective absorptionless polarizers for polarization-sensitive integrated optics is outlined

Monte Carlo Simulation of Flash Memory Elements’ Electrophysical Parameters

Operation of modern flash memory elements is based on electron transport processes in the channel of silicon MOSFETs with floating gate. The aim of this work was calculation of electron mobility and study of the influence of phonon and ionized impurity scattering mechanisms on the mobility, as well as calculation of parasitic tunneling current and channel current in the conductive channel of flash memory element. Numerical simulation during the design stage of flash memory element allows working out guidelines for optimization of device parameters defining its performance and reliability. In the work such electrophysical parameters, characterizing electron transport, as mobility and average electron energy, as well as tunneling current and current in the channel of the flash memory element are studied via the numerical simulation by means of Monte Carlo method. Influence of phonon and ionized impurity scattering processes on electron mobility in the channel has been analyzed. It is shown that in the vicinity of drain region a sufficient decrease of electron mobility defined by phonon scattering processes occurs and the growth of parasitic tunneling current is observed which have a negative influence on device characteristics. The developed simulation program may be used in computer-aided design of flash memory elements for the purpose of their structure optimization and improvement of their electrical characteristics

Моделирование электрофизических параметров элементов флеш-памяти методом Монте-Карло

Operation of modern flash memory elements is based on electron transport processes in the channel of silicon MOSFETs with floating gate. The aim of this work was calculation of electron mobility and study of the influence of phonon and ionized impurity scattering mechanisms on the mobility, as well as calculation of parasitic tunneling current and channel current in the conductive channel of flash memory element. Numerical simulation during the design stage of flash memory element allows working out guidelines for optimization of device parameters defining its performance and reliability.In the work such electrophysical parameters, characterizing electron transport, as mobility and average electron energy, as well as tunneling current and current in the channel of the flash memory element are studied via the numerical simulation by means of Monte Carlo method. Influence of phonon and ionized impurity scattering processes on electron mobility in the channel has been analyzed. It is shown that in the vicinity of drain region a sufficient decrease of electron mobility defined by phonon scattering processes occurs and the growth of parasitic tunneling current is observed which have a negative influence on device characteristics.The developed simulation program may be used in computer-aided design of flash memory elements for the purpose of their structure optimization and improvement of their electrical characteristics.В основе функционирования современных элементов флеш-памяти лежат процессы переноса электронов в проводящем канале кремниевых МОП-транзисторов с плавающим затвором. Целью данной работы являлось проведение вычислительного эксперимента по расчёту подвижности электронов и изучению влияния на подвижность фононного рассеяния и рассеяния на ионизированной примеси, а также расчёт паразитного туннельного тока и тока в проводящем канале элемента флеш-памяти. Проведение вычислительного эксперимента на этапе разработки и проектирования элементов флеш-памяти позволит выработать рекомендации для оптимизации параметров прибора, определяющих быстродействие и надёжность его работы.Путем численного моделирования электронного переноса в элементе флеш-памяти методом Монте-Карло рассчитаны такие электрофизические параметры, характеризующие перенос, как подвижность, средняя энергия электронов, а также плотность туннельного тока и тока в канале прибора. Изучено влияние процессов рассеяния на фононах и ионизированной примеси на подвижность электронов в канале. Показано, что вблизи области стока происходит существенное снижение подвижности электронов, обусловленное процессами рассеяния на фононах, а также наблюдается рост паразитного туннельного тока, что приводит к ухудшению рабочих характеристик прибора.Разработанная программа моделирования может быть использована при компьютерном проектировании элементов флеш-памяти с целью оптимизации их конструкции и улучшения электрических характеристик.

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГЛУБОКОСУБМИКРОННОГО МОП-ТРАНЗИСТОРА СО СТРУКТУРОЙ «КРЕМНИЙ НА ИЗОЛЯТОРЕ»

Today submicron silicon-on-insulator (SOI) MOSFET structures are widely used in different electronic components and also can be used as sensing elements in some applications. The development of devices based on the structures with specified characteristics is impossible without computer simulation of their electric properties. The latter is not a trivial task since many complicated physical processes and effects must be taken into account. In current study ensemble Monte Carlo simulation of electron and hole transport in deep submicron n-channel SOI MOSFET with 100 nm channel length is performed. The aim of the study is investigation of the influence of interband impact ionization process on the device characteristics and determination of the transistor operation modes when impact ionization process starts to make an appreciable influence on the device functioning. Determination of the modes is very important for adequate and accurate modeling of different devices on the basis of SOI MOSFET structures. Main focus thereby is maid on the comparison of the use of two models of impact ionization process treatment with respect to their influence on the transistor current-voltage characteristics. The first model is based on the frequently used Keldysh approach and the other one utilizes the results obtained via numerical calculations of silicon band structure. It is shown that the use of Keldysh impact ionization model leads to much faster growth of the drain current and provides earlier avalanche breakdown for the SOI MOSFET. It is concluded that the choice between the two considered impact ionization models may be critical for simulation of the device electric characteristics. На сегодняшний день субмикронные МОП-транзисторные структуры кремний-на-изоляторе (КНИ) широко используются в различных электронных устройствах, а также могут применяться в качестве сенсорных элементов. Разработка приборов с заданными характеристиками на основе этих структур невозможна без компьютерного моделирования их электрических свойств. Для глубокосубмикронных транзисторных структур это весьма трудная задача, поскольку необходимо учитывать многие сложные физические процессы и эффекты, имеющие место в полупроводниковом приборе. В настоящей работе многочастичным методом Монте-Карло проведено моделирование переноса электронов и дырок в глубокосубмикронном n-канальном КНИ МОП-транзисторе с длиной канала 100 нм. Целью настоящей работы явилось исследование влияния процесса межзонной ударной ионизации на характеристики транзистора, а также установление таких режимов его работы, при которых процесс ударной ионизации начинает оказывать существенное влияние на работу прибора. Определение этих режимов является крайне необходимым для адекватного и корректного моделирования различных устройств на основе КНИ-МОП-транзисторных структур. При этом основное внимание обращено на сравнение двух моделей учета процесса ударной ионизации по степени их влияния на вольтамперные характеристики транзистора. Первая, аналитическая модель, основана на широко известном подходе Келдыша, а во второй используются результаты численного расчета зонной структуры кремния. Показано, что применение модели ударной ионизации Келдыша приводит к более быстрому росту тока стока и, как следствие, к скорейшему лавинному пробою КНИ МОП-транзисторной структуры. Сделан вывод о том, что выбор между двумя рассматриваемыми моделями ударной ионизации может быть критическим при моделировании электрических характеристик прибора.

Моделирование влияния типа эпитаксиальной пленки на электрические характеристики высоковольтных кремниевых диодов

The device-process simulation of the high-voltage silicon diode was performed at its forming in three types of epitaxial film: 1) 17.0SEPh2.0 (silicon doped phosphor of electron type conductivity with the thickness d = 17 μm and resistivity of pv = 2.0 Ohm.sm); 2) 25.0SEPh6.0 (d = 25.0 μm, pv = 6.0 Ohm.sm); 3) 25.0SEPh20.0 (d = 25.0 μm, pv = 20.0 Ohm.sm). Technological process parameters of diode structure making were defined and its design data was calculated for three types of epitaxial film, the comparison of calculated values with typical ones obtained experimentally was carried out. It was determined that the difference between calculated values and typical ones obtained by experiment is not more then ±10%. The device modeling of diode was performed and it was investigated how the thickness and resistivity of epitaxial film influence on structural and electrical features of diode.Приводятся результаты моделирования операций технологического маршрута и электрических характеристик высоковольтного кремниевого диода при изготовлении его в эпитаксиальной пленке трех типов: 17КЭФ2,0 (кремний, легированный фосфором, электронного типа проводимости толщиной d = 17 мкм с удель -ным электрическим сопротивлением ру = 2,0 Ом.см); 25,0КЭФ6,0 (d = 25,0 мкм, ру = 6,0 Ом.см); 25,0КЭФ20,0 (d = 25,0 мкм, ру = 20,0 Ом.см). Проведен расчет таких конструктивных параметров диодной структуры, как толщина остаточного окисла, поверхностное сопротивление, глубина залегания p-n-перехода. Выполнен сравнительный анализ результатов моделирования указанных параметров с их экспериментальными типовыми значениями. Рассчитаны зависимости значений электрического тока диода от прямого и обратного электрических напряжений, прикладываемых к р-n-переходу прибора, для трех типов эпитаксиальной пленки. Исследовано влияние таких параметров эпитаксиальной пленки, как толщина d и удельное электрическое сопротивление, на конструктивные параметры и электрические характеристики диода

УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО МАРШРУТА ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИБОРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА СО СТАТИЧЕСКОЙ ИНДУКЦИЕЙ

The results of the bipolar static induction transistor (BSIT) making process flow improvement and its device-process simulation are presented. The process flow improvement have allowed to reduce number of metal intermediate subject copies (MISC) applied at projection photolithography by one and to receive experimental samples of transistor with required electrical characteristic. The BSIT device simulation was performed with using the developed by authors model of transistor and the software package MOD-1D.Приведены результаты усовершенствования технологического маршрута изготовления биполярного транзистора со статической индукцией (БСИТ) и его приборно-технологического моделирования. Усовершенствование маршрута позволило сократить количество металлизированных промежуточных оригиналов (МПО), используемых при проекционной фотолитографии, на один, и получить экспериментальные образцы транзистора с требуемыми электрическими характеристиками. Приборное моделирование БСИТ было выполнено с использованием разработанных авторами модели транзистора и комплекса программ MOD-1D

Plasmonic nanoparticle monomers and dimers: From nano-antennas to chiral metamaterials

We review the basic physics behind light interaction with plasmonic nanoparticles. The theoretical foundations of light scattering on one metallic particle (a plasmonic monomer) and two interacting particles (a plasmonic dimer) are systematically investigated. Expressions for effective particle susceptibility (polarizability) are derived, and applications of these results to plasmonic nanoantennas are outlined. In the long-wavelength limit, the effective macroscopic parameters of an array of plasmonic dimers are calculated. These parameters are attributable to an effective medium corresponding to a dilute arrangement of nanoparticles, i.e., a metamaterial where plasmonic monomers or dimers have the function of "meta-atoms". It is shown that planar dimers consisting of rod-like particles generally possess elliptical dichroism and function as atoms for planar chiral metamaterials. The fabricational simplicity of the proposed rod-dimer geometry can be used in the design of more cost-effective chiral metamaterials in the optical domain.Comment: submitted to Appl. Phys.

Численное моделирование электрических характеристик глубокосубмикронного МОП-транзистора со структурой «кремний на изоляторе»

На сегодняшний день субмикронные МОП-транзисторные структуры кремний-на-изоляторе (КНИ) широко используются в различных электронных устройствах, а также могут применяться в качестве сенсорных элементов. Разработка приборов с заданными характеристиками на основе этих структур невозможна без компьютерного моделирования их электрических свойств. Для глубокосубмикронных транзисторных структур это весьма трудная задача, поскольку необходимо учитывать многие сложные физические процессы и эффекты, имеющие место в полупроводниковом приборе. В настоящей работе многочастичным методом Монте-Карло проведено моделирование переноса электронов и дырок в глубокосубмикронном n-канальном КНИ МОП-транзисторе с длиной канала 100 нм. Целью настоящей работы явилось исследование влияния процесса межзонной ударной ионизации на характеристики транзистора, а также установление таких режимов его работы, при которых процесс ударной ионизации начинает оказывать существенное влияние на работу прибора. Определение этих режимов является крайне необходимым для адекватного и корректного моделирования различных устройств на основе КНИ-МОП-транзисторных структур. При этом основное внимание обращено на сравнение двух моделей учета процесса ударной ионизации по степени их влияния на вольтамперные характеристики транзистора. Первая, аналитическая модель, основана на широко известном подходе Келдыша, а во второй используются результаты численного расчета зонной структуры кремния. Показано, что применение модели ударной ионизации Келдыша приводит к более быстрому росту тока стока и, как следствие, к скорейшему лавинному пробою КНИ МОП-транзисторной структуры. Сделан вывод о том, что выбор между двумя рассматриваемыми моделями ударной ионизации может быть критическим при моделировании электрических характеристик прибора

NUMERICAL SIMULATION OF ELECTRIC CHARACTERISTICS OF DEEP SUBMICRON SILICON-ON-INSULATOR MOS TRANSISTOR

Today submicron silicon-on-insulator (SOI) MOSFET structures are widely used in different electronic components and also can be used as sensing elements in some applications. The development of devices based on the structures with specified characteristics is impossible without computer simulation of their electric properties. The latter is not a trivial task since many complicated physical processes and effects must be taken into account. In current study ensemble Monte Carlo simulation of electron and hole transport in deep submicron n-channel SOI MOSFET with 100 nm channel length is performed. The aim of the study is investigation of the influence of interband impact ionization process on the device characteristics and determination of the transistor operation modes when impact ionization process starts to make an appreciable influence on the device functioning. Determination of the modes is very important for adequate and accurate modeling of different devices on the basis of SOI MOSFET structures. Main focus thereby is maid on the comparison of the use of two models of impact ionization process treatment with respect to their influence on the transistor current-voltage characteristics. The first model is based on the frequently used Keldysh approach and the other one utilizes the results obtained via numerical calculations of silicon band structure. It is shown that the use of Keldysh impact ionization model leads to much faster growth of the drain current and provides earlier avalanche breakdown for the SOI MOSFET. It is concluded that the choice between the two considered impact ionization models may be critical for simulation of the device electric characteristics