異質(zhì)柵MOS熱載流子效應(yīng)的研究.pdf

1、隨著MOSFET器件尺寸以及器件溝道長(zhǎng)度的不斷減小，溝道內(nèi)的電場(chǎng)和電流密度迅速增長(zhǎng)，會(huì)使得熱載流子形成的幾率增大，一旦內(nèi)部電場(chǎng)達(dá)到臨界值后，載流子的速度達(dá)到飽和，這樣不僅不能提高器件的速度，相反由此帶來(lái)熱載流子效應(yīng)會(huì)引起器件的失效。
　　 本文對(duì)超大規(guī)模集成電路中MOS器件的可靠性問(wèn)題進(jìn)行了分析，特別針對(duì)MOS器件等比例縮小帶來(lái)的可靠性問(wèn)題進(jìn)行討論。利用二維數(shù)值模擬軟件MEDICI進(jìn)行器件仿真，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析了常規(guī)NMOSFE

2、T的熱載流子分類、熱載流子效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)制、襯底電流的形成機(jī)理等。
　　 為了遏制熱載流子效應(yīng)，提出一種新的結(jié)構(gòu)異質(zhì)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管（DMGMOS FET），其柵極是由兩種功函數(shù)不同的材料拼接而成的。本文系統(tǒng)的對(duì)于DMGMOS FET結(jié)構(gòu)的熱載流子效應(yīng)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行探討。
　　 首先采用分區(qū)的電勢(shì)近似法和通用邊界條件，求解二維泊松方程，建立適用于新結(jié)構(gòu)的表面勢(shì)和電場(chǎng)的二維解析模型。再根據(jù)DMGMOS FET柵電流和襯底電流的形

3、成理論，利用“幾率電子模型”深入剖析DMGMOS熱載流子效應(yīng)的失效機(jī)理，并建立適用于深亞微米、超深亞微米DMG結(jié)構(gòu)器件的柵電流以及襯底電流模型。通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬軟件MEDICI模擬得到新結(jié)構(gòu)器件溝道表面勢(shì)、電場(chǎng)、襯底電流以及柵電流的變化趨勢(shì)與理論模型所得到的規(guī)律一致，從而驗(yàn)證了理論模型的合理性。
　　 本文還通過(guò)仿真方法對(duì)新結(jié)構(gòu)器件與常規(guī)MOSFET的抗熱載流子性能進(jìn)行了對(duì)比研究。通過(guò)電勢(shì)、電場(chǎng)、柵電流以及襯底電流等參數(shù)的仿真

4、結(jié)果驗(yàn)證了DMG結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性。同時(shí)用實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，新結(jié)構(gòu)器件能夠有效抑制短溝道效應(yīng)（SCE）、減小漏感應(yīng)勢(shì)壘降低效應(yīng)（DIBL）等。新結(jié)構(gòu)器件的襯底電流、漏電流都是溫度的敏感參數(shù)，所以隨著器件尺寸減小，自熱效應(yīng)會(huì)對(duì)熱載流子效應(yīng)產(chǎn)生較大的影響。
　　 分析了晶格溫度對(duì)碰撞電離的影響，通過(guò)研究結(jié)果表明，低漏端電壓下的碰撞電離率同樣是溫度的敏感參數(shù)。當(dāng)電壓較低時(shí)，產(chǎn)生的碰撞電離不再是電場(chǎng)造成的，而是由于晶格溫度。
　　 最后，