不同沟道长度对n沟MOSFET退化特性的影响--《微电子学》2005年05期
不同沟道长度对n沟MOSFET退化特性的影响
【摘要】：研究不同沟道长度n沟道MOS场效应晶体管的热载流子效应对其退化特性的影响。实验结果表明,随着器件沟道长度的减小,其跨导退化明显加快,特别是当沟道长度小于1 mm时更是如此。这些结果可以用热载流子注入后界面态密度增加来解释。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：TN386.1【正文快照】：
1引言根据摩尔定律和等比例缩小原则[1],随着半导体集成电路的规模越来越大,金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)的特征尺寸(沟道长度)越来越小,栅氧化层厚度也越来越薄。为了与其它电路相容,人们并不希望电源电压按比例下降。这样,器件的横向(沟道方向)和垂直方向(垂直
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当前位置：----博硕论文分类列表论文搜索&相关论文科目列表&&&&MOSFET热载流子退化效应的研究&【摘要】：本文基于小尺寸MOS器件热载流子退化的物理机理，对器件热载流子退化所导致的性能退化进行了深入的理论分析和相应的实验研究，给出了预测MOS器件和电路热载流子退化寿命的方法，并提出了抗热载流子退化的MOS模拟和数字电路结构。首先，本文对超大规模集成电路中MOS器件尺寸缩小的限制及相应的可靠性问题进行了分析，特别是对小尺寸MOSFET的热载流子效应进行了较详细的讨论；并对国内外MOS器件和电路的热载流子可靠性研究进行了概述。基于MOSFET偏压不能按比例缩小所导致的高电场，对MOSFET的热载流子产生机理进行了分析，导出了热载流子注入所引起的界面态的Si-H健断裂模型，并建立了表征器件热载流子效应的衬底电流模型。另外，比较讨论了P沟和N沟MOSFET的退化，对器件退化导致的电路延迟增加则引入了“时间因子”的概念来加以明确的表征；对器件退化的饱和效应和温度特性也作了分析概述。针对MOS器件热载流子退化所引入的界面态，根据其沿沟道非均匀分布的模型，采用准二维分析方法对退化后器件的漏源电流、阈值电压和饱和区沟道电场作了详细的理论推导，并与实验结果和器件二维数值模拟软件MINIMOS 6.0的计算结果进行了验证比较。对器件的亚阈区导电和RF等特性的热载流子退化，也作了相应的分析。为了分析研究高场热载流子效应对器件和电路特性可靠性的影响，采用自动测试与CAD技术相结合的监测系统，对国内沟道长度1.2μm、1.0μm和0.8μm的MOSFET进行了电应力退化实验，并根据实验结果提取了退化前后器件的BSIM2模型参数。详细分析讨论了MOSFET的寿命与退化模型，并对电路中器件所受的动态应力与直流静态电应力进行了分析比较：根据实验结果改进了有效导电长度L_C模型；应用直流电应力实验数据进行了衬底电流模型中载流子速度饱和电子科技大学博士论文临界电场E＊；、有效导电长度Lc以及退化参数H、m和 n的提取。概述了电路可靠性模拟软件BERTZ刀的CAS（CircuitAgingSAnulator）模块的基本原理：并以十一级环振为例，运用＊＊Rh刀进行了其中各个器件和总的电路寿命的预测。此外，还利用普通；挣山加速器进行了MOSFET的电子辐射实验，并提出了运用电子辐射实验预测器件寿命的方法。最后，根据热载流子效应所导致的MOS器件性能参数的退化和其在模拟和数字运用环境下的特点，分别提出了抗热载流子退化的模拟和数字电路结构。即在受热载流子退化效应较严重的n－MOSFET漏极串联一肖特基二极管的新型CMOS数字电路结构和串联一工作于线性区的常开n－MOSFET的MOS模拟电路结构。经 SPICE及电路可靠性模拟软件 BERT 2．0对倒相器的模拟结果表明：新型CMOS数字电路结构结构使衬底电流降低约50％，器件的热载流子退化效应明显改善而不会增加电路延迟；巳该电路结构中肖特丛一级管可在NMOSFET漏极亘接制作肖特基金半接触来方便地实现，工艺简单又无须增加芯片而积。而串联常开n－MOSFET的模拟电路结构可使n－MOSFET输出电阻的退化大为减小同时还可改善器件小尺寸效应引起的输出电阻下降：采用该结构的＊＊OS运放与未采用的相比，其十年工作后增益的退化由23％下降为10％。可见新的电路结构大大降低了热载流于效应导致的电路寿命的下降，从而得到了MOS电路热载流子退化的解决方案。对抗热载流子退化的 MOS器件 LDDNghtly Doped Drain）结构及栅氧化层加固技术也作了简单的介绍。【关键词】：深亚微米MOSFET
【学位级别】：博士【学位授予年份】：2001【分类号】：TN386.1【目录】：中文摘要6-8英文摘要8-10第一章 绪论10-17 §1．1 选题依据及研究价值10-12 §1．2 国内外研究动态12-13 §1．3 本文的主要创新之处13-15 §1．4 本文的主要章节安排15-17第二章 MOSFET的热载流子退化17-38 §2．1 MOS器件尺寸缩小的限制及可靠性物理17-19 §2．2 MOSFET的热载流子产生机理19-21 §2．3 衬底电流模型21-24 §2．4 nMOSFET与pMOSFET的退化24-31
§2．4．1 nMOS晶体管的退化25-27
§2．4．2 pMOS晶体管的退化27-29
§2．4．3 热载流子退化对CMOS电路性能的影响29-31 §2．5 MOSFET退化的饱和效应及模型31-34 §2．6 热载流子退化的温度特性34-38第三章 器件特性的热载流子退化分析38-64 §3．1 MOSFET直流输出特性的热载流子退化38-45
§3．1．1 线性区39-42
§3．1．2 饱和区42-43
§3．1．3 模型与实验及模拟结果比较43-45 §3．2 MOSFET阈值电压的热载流子退化45-54
§3．2．1 表面势公式45-49
§3．2．2 阈值电压模型49-52
§3．2．3 模型结果与二维数值模拟比较52-54 §3．3 热载流子退化对MOSFET沟道电场的改变54-58
§3．3．1 速度饱和区的界面电荷54-55
§3．3．2 速度饱和区的沟道电场55-58 §3．4 MOSFET亚阈区特性的热载流子退化58-61 §3．5 MOSFET射频特性的热载流子退化61-64第四章 电应力实验与BSIM2参数提取64-82 §4．1 BSIM2模型原理64-70
§4．1．1 阈值电压公式65
§4．1．2 漏电流模型65-69
§4．1．3 输出电阻模型69-70 §4．2 电应力实验70-73
§4．2．1 实验系统组成70-72
§4．2．2 电应力实验细节72-73 §4．3 器件的BSIM2参数提取73-75 §4．4 结果与讨论75-82
§4．4．1 器件退化前测量结果与模型比较75-79
§4．4．2 器件退化后测量结果与模型比较79-82第五章 MOSFET热载流子退化的寿命预测82-103 §5．1 基于衬底电流的寿命预测技术82-86
§5．1．1 器件寿命与衬底电流的关系82-85
§5．1．2 动态应力的考虑85-86 §5．2 衬底电流参数及退化参数的提取86-92
§5．2．1 衬底电流模型参数提取86-90
§5．2．2 退化／寿命模型参数H、m、n提取90-92 §5．3 MOS电路退化／寿命模拟92-98
§5．3．1 BERT中电路寿命模拟器（CAS模块）原理92-95
§5．3．2 MOS电路退化／寿命模拟实例95-98 §5．4 MOS器件热载流子退化寿命的电子辐射预测技术98-103
§5．4．1 预测原理98-100
§5．4．2 辐射实验及预测结果100-103第六章 MOSFET抗热载流子退化技术103-119 §6．1 抗热载流子退化的CMOS数字电路结构103-109
§6．1．1 衬底电流与电路性能退化104-105
§6．1．2 抗热电子退化的电路设计原理105
§6．1．3 模拟与验证105-109 §6．2 抗热载流子退化的MOS模拟电路结构109-115
§6．2．1 模拟电路的热载流子退化110-111
§6．2．2 抗热载流子退化效应的MOS模拟电路结构111-112
§6．2．3 模拟与验证112-115 §6．3 漏极工程（Drain engineering）115-117 §6．4 栅氧化层的抗热载流子加固117-119总结119-120致谢120-121附录A121-125参考文献125-135作者近年发表的学术论文135& 论文编号BS850001，这篇论文共<font color="#FF页会员购买按0.35元/页下载，共需支付<font color="#FF元。&&&&&&&&直接购买按0.5元/页下载，共需要支付<font color="#FF元 。我还不是会员，我要！会员下载论文更优惠!还送钱！我只需要这一篇论文，无需注册！直接网上支付，方便快捷！&您可能感兴趣的论文论文标题页数级别 56页硕士论文55页硕士论文135页博士论文65页硕士论文58页硕士论文65页硕士论文112页博士论文66页硕士论文72页硕士论文66页硕士论文62页硕士论文33页硕士论文96页博士论文62页硕士论文 版权申明：本网站上并没有以上硕士博士论文，而是代理国内某文献提供商的资料代下载，购买充值卡后就可以下载论文全文，或代理直接购买，如果你是作者，需要删除这篇论文介绍，请通过以下QQ或其它联系方式告知我们，将在24小时内删除。&&|
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SOI薄膜（FD）器件模拟技术—深亚微米全耗尽SOIMOSFET阈值电压模型及新器件结构的研究Y1398010
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