考慮自熱效應(yīng)的SOI MOSFET漏電流模型及熱阻研究.pdf

1、摘要I摘要摘要當(dāng)今對(duì)集成電路高速、高集成度以及大信息存儲(chǔ)量的追求，使得MOS晶體管的特征尺寸持續(xù)不斷的縮小，同時(shí)也伴隨著不同結(jié)構(gòu)和不同材料的出現(xiàn)。但是隨著晶體管特征尺寸的縮小和不同結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，各種在常規(guī)長(zhǎng)溝道MOS器件中可以忽略的效應(yīng)在小尺寸器件中變得明顯，并顯著影響器件的性能。SOI技術(shù)是在體硅MOSFET襯底中引入一層厚度為100400nm的氧化硅，由于這層埋絕緣層的出現(xiàn)，減小了寄生源漏和襯底的結(jié)電容，允許器件的全部電介質(zhì)隔離，從而

2、徹底消除了閂鎖效應(yīng)。此外，采用這種材料制成的集成電路還具有集成密度高、速度快、工藝簡(jiǎn)單、短溝道效應(yīng)小及特別適用于低壓低功耗電路等優(yōu)點(diǎn)。因此，對(duì)深亞微米納米集成電路，SOI技術(shù)將成為具有相當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)力的新技術(shù)。然而，因?yàn)镾iO2的熱傳導(dǎo)率比硅的熱傳導(dǎo)率大約小100倍，埋氧化層成為溝道中熱流動(dòng)的一個(gè)壁壘，所以SOIMOSFET的自熱效應(yīng)(SelfHeatingEffect)比體硅晶體管的自熱效應(yīng)更為嚴(yán)重，它可以顯著地影響SOI器件的可靠性、器件

3、電路運(yùn)行、建模以及參數(shù)的提取，特別是跨導(dǎo)和電流密度隨著晶體管幾何尺寸的縮小而增加，自熱效應(yīng)的影響已不容忽視。對(duì)大多數(shù)模擬應(yīng)用，在電路運(yùn)行中SHE效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致漏電流的顯著減小，極端情況下，SHE導(dǎo)致DCIV測(cè)量中負(fù)輸出導(dǎo)納。SOICMOS器件中自熱效應(yīng)是一個(gè)非常重要的問(wèn)題，因此對(duì)其表征和測(cè)量也是如此。本文第二章定量地分析了體硅MOSFET主要電學(xué)參數(shù)受溫度的影響，特別是載流子遷移率、閾值電壓以及漏端電流等主要性能都會(huì)由于溫度的升高而降低，這

4、將嚴(yán)重影響器件的特性。第三章，針對(duì)SOIMOSFET自熱效應(yīng)，研究了如何在標(biāo)準(zhǔn)MOS器件上用純電測(cè)量法來(lái)獲得建模的臨界參數(shù)，以達(dá)到對(duì)器件自熱效應(yīng)的表征和溫度的測(cè)量的目的。首先通過(guò)討論自熱效應(yīng)對(duì)SOIMOSFET載流子遷移率、閾值電壓、飽和速度和漏電流等不同電學(xué)參數(shù)的影響，分析了電路水平的動(dòng)態(tài)熱行為，研究了物理效應(yīng)對(duì)MOSFET熱行為的貢獻(xiàn)；接著綜合考慮不同熱參數(shù)對(duì)SOIMOSFET漏端電流的影響，給出了考慮自熱效應(yīng)的漏端電流近似模型；最