SOI高压器件热载流子退化研究

提出一种可以表征STI型LDMOS器件各个区域界面陷阱密度分布的测试方法——MR-DCIV,利用该方法得到包括LDMOS器件的沟道区、积累区和漂移区在内的LDMOS器件界面陷阱密度在多种热载流子应力条件下的产生退化规律。针对界面陷阱的位置对LDMOS器件电学特性的影响进行分析,结果显示,在最大衬底电流应力模式下,产生的导通电阻退化最为严重,从而揭示不同于传统MOSFET器件导致LDMOS器件热载流子退化的机理。     

N-LDMOSFET的掺杂分布与热载流子效应

文章从MOSFET热载流子效应角度研究了N-LDMOSFET在不同的区域掺杂浓度条件下器件的最坏热载流子应力条件;在确定的器件工作条件下结合器件仿真结果,分析了在不同掺杂浓度下器件电特性退化的趋势;详细分析了导致器件退化趋势不同的原因,重点讨论了沟道掺杂和漂移区掺杂与器件热载流子效应关系,提出了N-LDNMOS中区域掺杂的优化策略。     

漏雪崩热载流子应力MOSFET的1/f噪声产生机理研究

研究了DAHC(漏雪崩热载流子)应力下MOSFEF的1/f噪声特性.从各种热载流子与缺陷相互作用的角度,进一步研究了DAHC应力MOSFEF的1/f噪声产生机理,合理解释其作为器件最大损伤应力.基于噪声机理明确了DAHC应力下MOSFEF的1/f噪声模型中各系数的物理意义,给出一个较明晰的各种热载流子与缺陷相互作用产生噪声的物理图像.进行了MOSFEF的DAHC应力实验,得到了其电参数和噪声参数.实验结果和本文模型符合良好.     

动态应力下功率n-LDMOS器件热载流子退化恢复效应

针对功率n-LDMOS器件在动态应力条件下的热载流子退化恢复效应进行了实验和理论研究.电荷泵实验测试和器件专用计算机辅助软件的仿真分析结果表明,在施加不同的动态应力条件下,功率n-LDMOS器件存在2种主要的热载流子退化机理,即鸟嘴区域的热空穴注入和沟道区域的界面态产生,均有明显的退化恢复效应.对功率n-LDMOS器件施加2个连续3 600 s的不同应力,观察每个阶段结束时刻的CP电流曲线,发现该器件在应力变换期间确实发生了热空穴的退陷阱效应.然后,对功率n-LDMOS器件施加3个连续3 600 s的不同应力,观察每个阶段结束时刻的CP电流曲线,发现器件处于关断阶段时,已产生的界面态存在一定程度的复合.     

MOSFET的热载流子效应及其寿命的评估方法

首先简单地讨论热载流子效应的背景及其物理机制.然后,提出了一种常用的用来推算金属氧化物场效应晶体管的热载流子效应的寿命的模型,Hu模型.在这些研究的基础上,才能更好地研究来削弱MOSFET的热载流子效应及提高MOSFET的热载流子效应的寿命的方法.     

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.     

功率LIGBT热载流子退化机理及环境温度影响

研究了横向绝缘栅双极型晶体管(LIGBT)的热载流子退化机理及环境温度对其热载流子退化的影响.结果表明,器件的主导退化机制是鸟嘴处大量界面态的产生,从而导致饱和区阳极电流Iasat和线性区阳极电流Ialin存在较大的退化的主要原因,同时,由于Ialin的分布比Iasat的分布更靠近器件表面,故Ialin的退化比Iasat的退化更严重;而器件沟道区的碰撞电离和热载流子损伤很小,使得阈值电压Vth在应力前后没有明显的退化.在此基础上,进一步研究了环境温度对LIGBT器件的热载流子退化的影响.结果表明,LIGBT呈现正温度系数,且高温下LIGBT的阈值电压会降低,使得相同应力下其电流增大,导致器件碰撞电离的增大,增强了器件的热载流子损伤.     

一种计算纳米CMOS器件中应力致界面态的方法

在纳米CMOS器件中,负栅压温度不稳定性、热载流子注入效应和栅氧化层经时击穿等应力使得Si/SiO2界面产生界面态,引起器件参数的退化.随着CMOS器件不断缩小,这种退化将严重制约器件性能.提出了一种改进的计算纳米CMOS器件中应力产生界面态的方法,能够对应力产生的界面态进行定量描述.该方法在电荷泵基础上测量纳米小尺寸器件初始状态和应力状态下的衬底电流,提取电荷泵电流(Icp),计算出应力产生的界面态密度.测量过程中,脉冲频率固定不变,降低了频率变化所带来的误差.     

异质双栅结构LDMOS的物理建模和仿真

对一种采用新结构的LDMOS(lateral double diffused metal oxide semiconductor)器件建立了模型.该器件在LDMOS中采用异质双栅(dual material gate,DMG)结构,这样使得该器件(DMG-LDMOS)同时具有LDMOS和DMG MOSFET的特性和优点.给出了DMG-LDMOS中沟道区表面电势和电场的一维表达式,并在此基础上考虑了大驱动电压下引入的沟道载流子速度过冲效应的影响,建立了基于物理的沟道电流模型.最后比较了Medici器件仿真结果和所建立的沟道电流模型,验证了该模型的可用性.     

PMOSFET的动态NBTI效应模型研究

为了能够准确地预测器件的寿命,研究了PMOSFET中的动态负偏压温度不稳定性效应(NBTI)模型.在静态NBTI效应模型及反应-扩散模型(R-D)的基础上,推导出动态NBTI应力下界面陷阱电荷模型,其与占空比成指数关系.考虑到占空比对器件NBTI效应的影响,推导出动态NBTI应力下阈值电压退化模型.通过实验所得到的器件退化数据和仿真数据进行比较分析,证明了阈值电压漂移量随着占空比近似按照指数规律变化,与模型相符合,可以预测器件交流应力的实际寿命.