MOSFET隧穿漏電流噪聲特性及測試方法研究.pdf

1、CMOS器件的等比例縮小發(fā)展趨勢導(dǎo)致柵等效氧化層厚度、柵長度和柵面積都急劇減小。對于常規(guī)體MOSFET，當(dāng)氧化層厚度小于2nm時(shí)，大量載流子以不同機(jī)制通過柵介質(zhì)形成顯著的柵極漏電流。柵極漏電流不僅能產(chǎn)生于溝道區(qū)域，而且能在柵極與源/漏的交疊區(qū)域產(chǎn)生。穿越柵氧化層的電流增加了電路的泄漏電流，從而增加了電路的靜態(tài)功耗，同時(shí)也影響MOS器件的導(dǎo)通特性，甚至導(dǎo)致器件特性不正常。柵漏電流增加已成為器件尺寸縮減的主要限制因素之一。 本文在關(guān)

2、注柵漏電流成分的同時(shí)，著重研究了MOS結(jié)構(gòu)中的隧穿過程，分析了三種類型的隧穿，即直接隧穿，陷阱輔助隧穿和FN隧穿的機(jī)理，并給出了相應(yīng)的隧穿電流模型。MOS器件中的柵電流分量一般分為三種，即柵至溝道，柵至襯底和邊緣直接隧穿電流，本文分別討論了每種電流分量隨柵壓的變化特性，從而得出不同偏置區(qū)間中，何種隧穿電流分量占優(yōu)勢，而后分析了柵隧穿的影響因素。 理論模型方法和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明，超薄柵氧MOSFET柵極泄漏電流的漲落，呈現(xiàn)出1/f噪

3、聲和白噪聲成分，白噪聲接近于散粒噪聲(2qIG)。對于小尺寸器件，1/f噪聲成分幾乎為柵電流IG的二次函數(shù)，柵電流噪聲頻譜密度SIG(f)與柵電流IG存在冪律關(guān)系。由此，本文提出了基于直接隧穿電流分量的噪聲模型及基于非彈性陷阱輔助隧穿TAT的解析噪聲模型，以解釋柵漏電流噪聲特性。 基于上述研究，本文最后提出了一種測試MOS器件柵漏電流不同分量及對應(yīng)噪聲的測試方法，給出了相應(yīng)的測試原理圖，設(shè)計(jì)和建立了測試系統(tǒng)，研究了具體的測試實(shí)施