3. MOSFET器件结构建模：使用Sentaurus SDE定义NMOS/PMOS结构

3.2 掺杂分布定义策略

Sentaurus SDE 支持解析掺杂与分析掺杂两种模式。对于工艺角优化，推荐使用解析掺杂函数（Analytical Profile）实现平滑、可调、物理合理的掺杂分布。关键掺杂区域包括：

• 沟道阈值调整注入：使用高斯分布或Pearson-IV分布，峰值浓度位于沟道表面下方5~10 nm处，用于设定V_th标称值。
• 源漏扩展区（LDD）：轻掺杂漏结构，采用横向高斯分布，结深约15~20 nm，浓度范围 1e18 ~ 5e19 cm⁻³。
• 深源漏区：高浓度均匀掺杂，浓度 > 1e20 cm⁻³，用于降低接触电阻。
• 多晶硅栅极掺杂：N+或P+多晶硅，浓度 > 1e20 cm⁻³，消除栅耗尽效应。

下表对比NMOS与PMOS在掺杂类型与浓度上的关键差异：

3.3 SDE脚本实现：NMOS结构生成

以下为完整的Sentaurus SDE脚本（.sde文件），用于生成28 nm NMOS器件结构。脚本采用参数化变量定义，便于后续工艺角扫描：

; ============================================================
; NMOS 28nm 结构建模脚本 (Sentaurus SDE)
; 适用于工艺角优化与器件仿真
; ============================================================

; ---------- 参数定义 ----------
(define Lch 0.028)      ; 沟道长度 (μm)
(define Tox 0.0012)     ; 栅氧厚度 (μm)
(define Lgate 0.032)    ; 栅极长度 (μm)
(define Lsp 0.015)      ; 侧墙宽度 (μm)
(define Tsi 0.010)      ; 硅体厚度 (μm)
(define Tbox 0.020)     ; 埋氧层厚度 (μm)
(define Tsub 0.150)     ; 衬底厚度 (μm)

; ---------- 衬底与埋氧层 ----------
(sdegeo:create-rectangle (position 0 0 0) (position 0.5 Tsub 0) "Silicon" "substrate")
(sdegeo:create-rectangle (position 0 Tsub 0) (position 0.5 (+ Tsub Tbox) 0) "SiO2" "box")

; ---------- 硅体层 ----------
(sdegeo:create-rectangle (position 0 (+ Tsub Tbox) 0) 
                         (position 0.5 (+ Tsub Tbox Tsi) 0) "Silicon" "body")

; ---------- 栅氧化层 ----------
(sdegeo:create-rectangle (position (- 0.25 (/ Lgate 2)) (+ Tsub Tbox Tsi) 0)
                         (position (+ 0.25 (/ Lgate 2)) (+ Tsub Tbox Tsi Tox) 0) "SiO2" "gateoxide")

; ---------- 多晶硅栅极 ----------
(sdegeo:create-rectangle (position (- 0.25 (/ Lgate 2)) (+ Tsub Tbox Tsi Tox) 0)
                         (position (+ 0.25 (/ Lgate 2)) (+ Tsub Tbox Tsi Tox 0.05) 0) "PolySi" "gate")

; ---------- 源漏区定义 ----------
; 源区 (左侧)
(sdegeo:create-rectangle (position 0 (+ Tsub Tbox) 0)
                         (position (- 0.25 (/ Lgate 2) Lsp) (+ Tsub Tbox Tsi) 0) "Silicon" "source")
; 漏区 (右侧)
(sdegeo:create-rectangle (position (+ 0.25 (/ Lgate 2) Lsp) (+ Tsub Tbox) 0)
                         (position 0.5 (+ Tsub Tbox Tsi) 0) "Silicon" "drain")

; ---------- 掺杂定义 ----------
; 衬底掺杂 (P型, 1e15)
(sdedr:define-constant-profile "substrate_doping" "BoronActiveConcentration" 1e15)
(sdedr:define-constant-profile-region "substrate_doping" "substrate")

; 体区掺杂 (P型, 1e16)
(sdedr:define-constant-profile "body_doping" "BoronActiveConcentration" 1e16)
(sdedr:define-constant-profile-region "body_doping" "body")

; 沟道阈值调整注入 (高斯分布, 峰值 1e18)
(sdedr:define-gaussian-profile "channel_implant" "BoronActiveConcentration"
  "PeakPos" 0.005 "PeakVal" 1e18 "Length" 0.008 "Gauss" "Erfc")
(sdedr:define-gaussian-profile-region "channel_implant" "body")

; 源漏扩展区 (N型, 峰值 5e19)
(sdedr:define-gaussian-profile "ldd_implant" "ArsenicActiveConcentration"
  "PeakPos" 0.0 "PeakVal" 5e19 "Length" 0.010 "Gauss" "Erfc")
(sdedr:define-gaussian-profile-region "ldd_implant" "source")
(sdedr:define-gaussian-profile-region "ldd_implant" "drain")

; 深源漏区 (N型, 1e20)
(sdedr:define-constant-profile "deep_sd" "ArsenicActiveConcentration" 1e20)
(sdedr:define-constant-profile-region "deep_sd" "source")
(sdedr:define-constant-profile-region "deep_sd" "drain")

; 栅极掺杂 (N+, 1e20)
(sdedr:define-constant-profile "gate_doping" "PhosphorusActiveConcentration" 1e20)
(sdedr:define-constant-profile-region "gate_doping" "gate")

; ---------- 网格定义 ----------
(sdedr:define-refinement-size "channel_ref" 0.001 0.0005 0.002 0.001)
(sdedr:define-refinement-region "channel_ref" "body")
(sdedr:define-refinement-size "gateox_ref" 0.0005 0.0002 0.001 0.0005)
(sdedr:define-refinement-region "gateox_ref" "gateoxide")

; ---------- 保存结构 ----------
(sde:save-model "nmos_28nm.tdr")
(sde:build-mesh "nmos_28nm" "-d -a" "nmos_28nm.tdr")

3.4 结构文件生成与验证流程

从SDE脚本到可用的 .tdr 结构文件，需要经过以下标准流程：

1. 语法检查：使用 sde -c nmos_28nm.sde 检查脚本语法错误。
2. 结构生成：执行 sde -l nmos_28nm.sde，生成 .tdr 与 .grd 文件。
3. 网格优化：在SDE图形界面中检查网格质量，确保沟道与栅氧界面处网格密度足够（最小网格尺寸 < 0.5 nm）。
4. 掺杂验证：使用Sentaurus Visual或Inspect工具，沿沟道方向提取掺杂浓度一维分布，确认峰值位置与梯度符合预期。
5. 结构导出：最终生成 .tdr 文件供Sentaurus Device调用。

下图展示结构生成与验证的完整工作流：

3.5 PMOS结构差异与脚本调整

PMOS与NMOS在SDE建模中的差异主要体现在掺杂类型与功函数设定上。以下为PMOS脚本的关键修改点：

• 衬底/体区掺杂：改为N型（Phosphorus），浓度保持 1e15 ~ 1e16 cm⁻³。
• 沟道阈值调整：使用N型杂质（Arsenic），峰值浓度 5e17 ~ 2e18 cm⁻³。
• 源漏扩展区：改为P型（BF₂或Boron），峰值浓度 1e18 ~ 5e19 cm⁻³。
• 深源漏区：改为P型（Boron），浓度 > 1e20 cm⁻³。
• 多晶硅栅极：改为P+（Boron），浓度 > 1e20 cm⁻³。
• 功函数调整：PMOS通常需要金属栅极或P+多晶硅，功函数约 5.0~5.2 eV，需在SDE中通过材料属性或接触定义设定。

3.6 结构文件质量检查清单

在将 .tdr 文件提交给Sentaurus Device之前，建议逐项确认以下质量指标：

通过以上步骤，即可获得高质量、参数化、可复用的MOSFET结构文件，为后续的工艺角扫描与电学特性仿真奠定坚实基础。