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度的不斷減小，溝道內(nèi)的電場和電流密度迅速增長，會使得熱載流子形成的幾率增大，一旦內(nèi)部電場達到臨界值后，載流子的速度達到飽和，這樣不僅不能提高器件的速度，相反由此帶來熱載流子效應(yīng)會引起器件的失效。
　　 本文對超大規(guī)模集成電路中MOS器件的可靠性問題進行了分析，特別針對MOS器件等比例縮小帶來的可靠性問題進行討論。利用二維數(shù)值模擬軟件MEDICI進行器件仿真，結(jié)合實驗數(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)生機制、襯底電流的形成機理等。
　　 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)的對于DMGMOS FET結(jié)構(gòu)的熱載流子效應(yīng)相關(guān)參數(shù)進行探討。
　　 首先采用分區(qū)的電勢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)的表面勢和電場的二維解析模型。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。通過計算機數(shù)值模擬軟件MEDICI模擬得到新結(jié)構(gòu)器件溝道表面勢、電場、襯底電流以及柵電流的變化趨勢與理論模型所得到的規(guī)律一致，從而驗證了理論模型的合理性。
　　 本文還通過仿真方法對新結(jié)構(gòu)器件與常規(guī)MOSFET的抗熱載流子性能進行了對比研究。通過電勢、電場、柵電流以及襯底電流等參數(shù)的仿真

4、結(jié)果驗證了DMG結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性。同時用實驗結(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)會對熱載流子效應(yīng)產(chǎn)生較大的影響。
　　 分析了晶格溫度對碰撞電離的影響，通過研究結(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)。當電壓較低時，產(chǎn)生的碰撞電離不再是電場造成的，而是由于晶格溫度。
　　 最后，