SHH应力下超薄栅氧PMOS器件退化研究

对超薄栅氧PMOS器件衬底热空穴(SHH)应力下SILC(应力感应泄漏电流)特性和机理进行研究。研究结果表明:在SHH应力下,栅电流在开始阶段减小,这是正电荷在氧化层中积累的结果;随后栅电流慢慢地增加,最后,当在氧化层中积累的正电荷密度达到一个临界值时,栅上漏电流迅速跳变到较大数量级上,说明器件被击穿;当注入空穴通过Si—O网络时,随着注入空穴流的增加,化学键断裂的概率增加;当1个Si原子的2个Si—O键同时断裂时,将会导致Si—O网络不可恢复;Si—O键断裂导致氧化层网络结构发生改变和损伤积累,最终导致氧化层破坏性被击穿。     

MOS器件的热载流子效应

热载流子效应产生的原因，首先是在沟道强电场中形成迁移率偏低的热载流子，然后由于碰撞电离而使热载流子大量增加。热电子和热空穴能够越过界面势垒向栅氧化层发射。进入栅氧化层的热载流子，或者穿透氧化层，或者造成随时间而增加的界面态，或者造成载流子陷阱。热电子或热空穴也可以受结电场的作用而进入衬底。抑制热载流子效应的方向，一是在沟道两侧制作轻掺杂区，以降低沟道电场强度；二是对栅氧化层进行氮化处理和提高氧化温度，以改善氧化层的质量，增强抗热载流子效应的能力。     

pMOSFET的NBTI退化机理及内在影响因素

研究了P型MOSFET的NBTI效应退化机理,以及栅氧化层电场和沟道载流子浓度对NBTI效应的影响.首先,通过电荷泵实验对NBTI应力带来的p M OSFET的界面损伤进行了测试,并利用TCAD仿真软件对测试结果进行分析,结果表明该器件的NBTI退化主要由其沟道区的界面态产生引起,而电荷注入的影响相对可以忽略.然后,通过施加衬底偏置电压的方法实现了增加器件栅氧化层电场但保持沟道载流子浓度不变的效果,进而研究了栅氧化层电场和沟道载流子浓度2个内在因素分别对NBTI退化的影响.最后,通过对比不同栅极电压和不同衬底偏置电压条件下器件的2个内在影响因素变化与NBTI退化的关系,证明了p MOSFET的NBTI效应主要由器件的栅氧化层电场决定,沟道载流子浓度对器件NBTI效应的影响可以忽略.     

高栅压低漏压条件下FG-pLEDMOS的热载流子退化机理

针对FG-pLEDMOS施加高栅压低漏压的热载流子应力会使器件线性区漏电流发生退化,而阈值电压基本保持不变,使用TCAD软件仿真以及电荷泵测试技术对其进行了详细的分析.结果表明:沟道区的热空穴注入到栅氧化层,热空穴并没有被栅氧化层俘获,而是产生了界面态;栅氧化层电荷没有变化,使阈值电压基本不变,而界面态的增加导致线性区漏电流发生退化.电场和碰撞电离率是热空穴产生的主要原因,较长的p型缓冲区可以改善沟道区的电场分布,降低碰撞电离率,从而有效地减弱热载流子退化效应.     

快速热氮化改善n—MOSFET氧化层的加速击穿

研究不同类型，不同沟道长的ｎ沟金属－氧化物－半导体场效应晶体管在不同栅电压下工作时栅氧化层的击穿特性。结果表明，ＭＯＳＦＥＴ栅氧化层的加速击穿起因于沟道大电流，而栅氧化层进行快速热氮化可极大地改善其栅氧化层的击穿特性。     

快速热氮化改善n-MOSFET栅氧化层的加速击穿

研究不同类型、不同沟道长度的ｎ沟金属－氧化物－半导体场效应晶体管（ＭＯＳＦＥＴ）在不同栅电压下工作时栅氧化层的击穿特性。结果表明，ＭＯＳＦＥＴ栅氧化层的加速击穿起因于沟道大电流，而栅氧化层进行快速热氮化可极大地改善其栅氧化层的击穿特性。     

大面积薄栅MOSFET的V_T与D_(OX)的关系研究

本文研究了大面积薄栅M OSFET的阈值电压与栅氧化层厚度的关系。实验结果表明,在薄栅情形(d_(ox)=135～312 )中,阈值电压随着栅氧化层厚度的减少而下降;阈值电压的一维模型仍然适用于大面积薄栅MOSFET。     

pLEDMOS导通电阻及阈值电压的热载流子退化

研究了不同漂移区长度及不同栅场极板长度的厚栅氧化层pLEDMOS器件由热载流子效应导致的导通电阻及阈值电压的退化现象及机理.实验结果表明,增加漂移区长度能改善器件的导通电阻的退化,但加速了阈值电压的退化;增加栅场极板长度可以同时改善导通电阻和阈值电压的退化.借助TCAD仿真软件,模拟分析了不同漂移区长度及不同栅场极板长...     

多晶硅薄膜晶体管的有效迁移率模型

提出一个多晶硅薄膜晶体管的有效迁移率模型.该模型同时考虑了晶体管沟道内晶粒的数目、载流子在晶粒与晶粒间界处不同的输运特性和栅致迁移率降低效应,适应于从小晶粒到大晶粒线性区的多晶硅薄膜晶体管.研究表明:当晶粒尺寸Lg0.4μm时,其有效迁移率主要由晶粒间界控制;降低晶粒间界陷阱态密度可提高有效迁移率;减小栅氧化层厚度可增强栅压对有效迁移率的控制作用;高栅压时出现明显的有效迁移率退化效应.     

OS界面杂质分凝的计算机辅助分析

研究了绝缘栅栅氧化过程中的杂质分凝效应，探讨了微电子ＣＡＤ工艺模拟系统实现计算机辅助分析的模式。     

深亚微米SOI MOSFET阈值电压特性研究

在建立SOI MOSFET阈值电压模型的基础上,对其阈值电压特性进行了研究,分析了阈值电压与硅膜掺杂浓度、前栅、背栅氧化层厚度、温度的关系.     

支持向量机在小子样IC可靠性评估中的应用

小子样问题是IC可靠性评估中急待解决的客观问题,本文从工程实践的实际需求出发,提出了基于支持向量机的小子样可靠性评估方法,并给出了支持向量机在栅氧化层击穿寿命分布评估中的应用实例。通过与常规的最小二乘评估方法相比,其评估精度有了很大的提高,试验结果分析能更真实地反应栅氧化层的可靠性特点。     

隧穿电流影响下的小尺寸电路设计

对于具有超薄的氧化层的小尺寸MOSFET器件,静态栅隧穿漏电流的存在严重地影响了器件的正常工作,基于新型应变硅材料所构成的MOSFET器件也存在同样的问题.为了说明漏电流对新型器件性能的影响,利用双重积分方法提出了小尺寸应变硅MOSFET栅隧穿电流理论预测模型,并在此基础上,基于BSIM4模型使用HSPICE仿真工具进行了仔细的研究,定量分析了在不同栅压、栅氧化层厚度下,MOSFET器件、CMOS电路的性能.仿真结果能很好地与理论分析相符合,这些理论和实验数据将有助于以后的集成电路设计.     

基于环栅纳米线隧穿场效应晶体管的解析模型

对环栅纳米线结构的隧穿场效应晶体管进行建模分析, 给出电流解析模型, 证明隧穿场效应管有良好的亚阈特性。研究发现, 环栅纳米线隧穿场效应管的亚阈值斜率SS的大小与圆柱体硅直径d_nw、环栅氧化层厚度t_ox以及漏电压V_dd的变化规律均成正比, 即圆柱体硅直径d_nw、环栅氧化层厚度t_ox和漏电压V_dd越小, 亚阈区的性能越好。这一模型的研究为场效应晶体管在低功耗电路中的应用打下良好基础。     

Al2O3／SiNx双层绝缘栅a—Si：H TFT的研究

研究Ａｌ２Ｏ３／ＳｉＮｘ双层绝缘栅对ａ－Ｓｉ：Ｈ ＴＦＴ性能的影响，介绍Ａｌ２Ｏ３／ＳｉＮｘ层双绝缘栅的制作方法，双层绝缘栅结构有效地抑制了单层绝缘栅的针孔效应，改善了短接现象，提高了有效介电常数，从而可减小膜厚，提高栅电容，使得阈值电压降低，开态电流上升，获得了１０＾７的开关电流比。     

Al_2O_3/SiN_X 双层绝缘栅 a-Si : H TFT 的研究

研究Ａｌ２Ｏ３／ＳｉＮＸ双层绝缘栅对ａ－Ｓｉ∶ＨＴＦＴ性能的影响，介绍Ａｌ２Ｏ３／ＳｉＮＸ双层绝缘栅的制作方法．双层绝缘栅结构有效地抑制了单层绝缘栅的针孔效应，改善了短接现象，提高了有效介电常数，从而可减小膜厚，提高栅电容，使得阈值电压降低、开态电流上升，获得了１０７的开关电流比．     

MOS器件直接隧穿栅电流及其对CMOS逻辑电路的影响

随着晶体管尺寸按比例缩小,越来越薄的氧化层厚度导致栅上的隧穿电流显著地增大,严重地影响器件和电路的静态特性,为此,基于可靠性理论和仿真,对小尺寸MOSFET (metal-oxide-semiconductor field effect transistor)的直接隧穿栅电流进行研究,并通过对二输入或非门静态栅泄漏电流的研究,揭示直接隧穿栅电流对CMOS(complementary metal oxide semiconductor)逻辑电路的影响.仿真工具为HSPICE软件,MOS器件模型参数采用的是BSIM4和LEVEL 54,栅氧化层厚度为1.4 nm.研究结果表明:边缘直接隧穿电流是小尺寸MOS器件栅直接隧穿电流的重要组成成分;漏端偏置和衬底偏置通过改变表面势影响栅电流密度;CMOS逻辑电路中MOS器件有4种工作状态,即线性区、饱和区、亚阈区和截止区;CMOS逻辑电路中MOS器件的栅泄漏电流与其工作状态有关.仿真结果与理论分析结果较符合,这些理论和仿真结果有助于以后的集成电路设计.     

纳米双栅MOSFETs的量子格林函数模拟

采用一种量子动力学模型研究纳米MOSFET(场效应管)电流特性.该模型基于二维NEGF(非平衡格林函数)方程和Poisson方程自洽全量子数值解.使用该方法研究了纳米双栅MOSFET结构尺寸对电流特性的影响.模拟结果显示:越细长的沟道,器件的短沟效应越弱,器件的亚阈值斜率随栅氧化层增厚而加大.另外,通过分析器件不同区域的散射自能效应,得出减缓纳米双栅MOSFET电流性能下降的途径.所用模型具有概念清晰,求解稳定等特点.作为多体量子模型,本方法可应用于一维量子线及量子点阵列所构成的纳米器件,并有望在纳米MOSFET器件设计中得以应用.     

氧化过程中杂质分凝行为的模拟

本文以ＰＭＯＳ结构为研究对象，对其绝缘栅栅氧化过程进行了计算机动态模拟。提出了抑制杂质分凝的栅氧化新模式。     

纳米MOSFET栅氧化层中吸引型陷阱的参数提取方法

通过实验在室温下同时测量纳米MOSFET器件样品漏源电流和栅电流的低频噪声, 发现一些样品器件中漏源电流不存在明显的RTS噪声, 而栅电流存在显著的RTS噪声, 而且该栅电流RTS噪声俘获时间随栅压增大而增大, 发射时间随栅压增大而减小的特点, 复合陷阱为库伦吸引型陷阱的特点. 根据栅电流RTS噪声的时常数随栅压及漏压的变化关系, 提取了吸引型氧化层陷阱的深度、在沟道中的横向位置和陷阱能级等信息.