
- •План лекции
- •5.2. Моделирование максимальных электрических полей в канале
- •5.3. Горячие носители
- •5.4. Методы борьбы с горячими носителями
- •5.5. Разогрев носителей и удачливые (lucky) электроны
- •5.6. Влияние тока подложки на работу мопт
- •5.7. Влияние горячих носителей на срок службы мопт
- •Литература:
- •Задание для срс
5.7. Влияние горячих носителей на срок службы мопт
Проблема предсказания процессов деградации от горячих носителей состоит в том, что эти процессы очень медленные. Для ускорения эксперимента необходимо максимизировать скорость деградации. Проблема в том, что измерять скорость деградации сложно, но можно легко измерять ток подложки. Хотя ток подложки не влияет впрямую на деградацию, но он является ее индикатором.
Энергия
ударной ионизации
составляет ~ 1,4эВ,поэтому
ток подложки из-за ударной ионизации
можно оценить по формуле
для удачливых носителей
, (5.7.1)
где
-
длина
пробега по энергии в кремнии (~7-8 нм), Ет
- максимальное
значение электрического поля в канале,
С
- эмпирическая
константа.
Энергия
активации для заброса электронов в зону
проводимости окисла
~
3,1 эВ, поэтому ток в затвор можно оценить
с помощьютакого
же подхода, как и в (5.7.1):
. (5.7.2)
Конечно же, из-за большего значения энергетического барьера активационный ток затвора на несколько порядков ниже, чем ток подложки. Обычно затворный ток оказывается меньше, чем 10-11... 10-12А, так что его трудно измерить.
Скорость
деградации транзистора в сильных полях
– это скорость генерации дефектов на
границе раздела Si-SiО2
(поверхностных
состояний). Энергия активации для
процесса генерации дефектов
на границе раздела окисла
~
4...5
эВ. Тогда скорость генерации
поверхностных состояний Git
будет
степенным образом зависеть от тока
подложки
(5.7.3)
Отказ (обычно параметрический, а не функциональный) наступает, когда количество поверхностных состояний достигает некоторого критического значения QITcrit. Тогда срок службы МОПТ за счет деградации горячими носителями ТНСЕ можно оценить с помощью полуэмпирического выражения с некоторой эмпирической константой С
(5.7.4)
В статическом режиме ток в КМОП схемах практически не течет, поэтому нет никаких эффектов горячих носителей. Деградация имеет место только в момент переключения, когда через структуру течет ток и в каналах обоих транзисторов создаются большие электрические поля.
Эффекты горячих носителей по-разному проявляют себя в каналах разного типа:
(1) Эти эффекты заметно сильнее выражены в n-канальных МОПТ по сравнению с p-канальными МОПТ, что обусловлено разной величиной подвижности в канале.
Для транзисторов обоих типов эффекты горячих носителей чаще всего приводят к отрицательной зарядке окисла. Поэтому пороговое напряжение смещается в сторону более положительных значений. Для n-канальных приборов это уменьшает ток, а для p-канальных – увеличивает.
Для приборов с нанометровыми длинами затвора наблюдается также инжекция дырок в окисел, что может привести к сдвигу порога в положительную сторону и уменьшению тока стока.
Технологическими методами борьбы с горячими носителями и увеличения срока службы транзистора являются:
1)
использование подзатворных изоляторов,
более устойчивых к возникновению
дефектов (>
3) – нитридизация окислакремния,
оксинитриды SiOxN1-x;
2) использование низколегированных стоков (LDD) для снижения максимальных значений электрических полей в канале транзистора;
3) уменьшение интенсивности инжекции горячих носителей в окисел путем смещения положения максимума скорости ударной ионизации (максимума плотности тока канала) вглубь кремния;
4) уменьшение скорости генерации горячих носителей путем разделения положения максимума напряженности электрического поля и максимума плотности тока;
5) обеспечение положения максимума напряженности латерального электрического поля в области, перекрытой затвором.
Выполнение пунктов 3-5 в частности достигается за счет наклонной ионной имплантации halo- или pocket-областей.
Эффекты горячих носителей в наноразмерных МОПТ выражены слабее по следующим причинам:
снижение напряжения питания приводит к тому, что скорость инжекции носителей в окисел и создания дефектов также уменьшается из-за недостаточности энергии носителей;
очень малая толщина подзатворного изолятора приводит к тому, что вероятность дефектообразования уменьшается;
с другой стороны, в наноразмерных транзисторах даже несколько дефектов могут являться причиной заметной деградации прибора.