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In dieser Dissertation wird ein Analysekonzept für CMOS-Schaltungen bearbeitet, das den expliziten Einfluss von parasitären quantenmechanischen Effekten in integrierten Schaltungen als zusätzliche Störquellen berücksichtigt und somit die Beurteilung der Schaltungsfunktionalität ermöglicht. Basis ist die numerische Simulation von Ladungstransportprozessen in Halbleiterheterostrukturen auf der Grundlage einer vollständig quantenmechanischen Beschreibung. Das Analysekonzept wird mit dem Tunneln durch isolierende Oxidschichten verifiziert. Aus der Simulation der korrespondierenden eindimenisonalen Halbleiterstrukturen werden Strom-Spannungs-Kennlinien bestimmt, die als Tabellenmodell für einen Standardschaltungssimulator umgesetzt werden. Das Konzept wird durch die Analyse relevanter Schaltungsbeispiele illustriert. Das dem Transportprozess zugrunde liegende Vielteilchenproblem wird mit der Hartree-Näherung behandelt. Zur numerischen Berechnung der selbstkonsistenten Lösung von Schrödinger- und Poisson-Gleichungen wird der Simulator NADES entwickelt und eingesetzt. Dabei basiert die Berechnung der Transportprozesse auf einer Beschreibung der Systemdynamik mit Greenschen Nichtgleichgewichtsfunktionen (NEGF-Formalismus).
This thesis deals with a complete concept for the analysis of integrated CMOS circuits under the explicit influence of quantum mechanical parasitics. The core of the concept is the numerical calculation of charge carrier transport processes in semiconductor crystals, based on a fully quantum mechanical model. Starting with the effect of quantum mechanical tunneling through insulating oxide layers in integrated MOSFETs, several circuit examples are analyzed to verify the presented concept. The influence of tunneling currents is included in the circuit simulation as additional quantum noise sources. Those sources are set-up as numerical tables with data obtained from a numerical transport simulation of the corresponding one-dimensional semiconductor structure. The underlying many-body problem of charge carrier transport through a semiconductor crystal is described with the Hartree-approximation. For the solution of the resulting Schrödinger-Poisson-problem, a simulator NADES is developed and applied. It treats the dynamics of the processes in terms of non-equilibrium Green's functions (NEGF).