I/O PMOSFET热载流子损伤机理研究

论文摘要

本文对用于片上系统输入输出电路的PMOSFET热载流子损伤进行了研究。在前人理论研究的基础上,讨论了PMOSFET中热载流子损伤引起的栅氧化层缺陷,结合实验解释了局部热载流子损伤引起的PMOSFET电学特性的退化。并得到了热载流子引起的PMOSFET电学参数的退化行为与漏极应力电压及栅极电压的关系。针对文中被研究的PMOSFET,找到了最严重的热载流子损伤应力条件,同时验证了正确描述PMOSFET热载流子退化与应力时间的对数关系。在此条件基础上,通过实验得到了PMOSFET热载流子损伤与栅氧化层厚度的关系。本文通过大量比较实验,找到了对PMOSFET热载流子可靠性进行提高的方向,并借助TCAD仿真,从碰撞离化角度解释了漏端工程的物理机制。本文同时利用一种新型直流电流电压法研究了热载流子应力下PMOSFET的氧化层陷阱电荷和表面态产生行为,对热载流子应力下PMOSFET的阈值电压和线性漏极电流的退化机制做出了物理解释。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 插图清单
• 表格清单
• 缩写符号列表
• 第一章 绪论
• 1.1 热载流子可靠性研究的重要性
• 1.2 PMOSFET 热载流子效应的研究现状
• 1.3 本文的研究工作及主要创新之处
• 第二章 PMOSFET 中的热载流子效应
• 2.1 PMOSFET 饱和区域的特性
• 2.2 强电场效应
• 2.3 碰撞离化
• 2.4 衬底电流
• 2.5 本章小节
• 第三章 PMOSFET 中的热载流子注入及其引起的电学参数的退化
• 3.1 热载流子注入和栅极电流
• 3.2 热载流子注入引起的栅氧化层缺陷
• 3.3 局部热载流子损伤引起的PMOSFET 电学参数的退化
• 3.4 PMOSFET 电学参数退化与热载流子应力的关系
• 3.5 PMOSFET 热载流子损伤预测模型
• 3.6 本章小结
• 第四章 漏端工程和栅氧化层厚度对 PMOSFET 热载流子寿命的影响
• 4.1 热载流子应力实验细节
• 4.1.1 测试仪器和测试环境
• 4.1.2 测试器件
• 4.1.3 热载流子应力实验
• 4.1.4 电学参数测试条件
• 4.2 栅氧化层厚度的影响
• 4.3 漏端工程
• 4.3.1 LDD 离子注入角度的影响
• 4.3.2 LDD 离子注入浓度的影响
• 4.3.3 LDD 离子注入能量的影响
• 4.4 对漏端工程实验结果的仿真讨论
• 4.5 本章小结
• 第五章 PMOSFET 热载流子损伤物理机制的研究
• 5.1 CV 法和电荷泵法
• 5.2 直流电流电压法基本原理
• 5.3 采用直流电流-电压方法的热载流子应力实验
• 5.3.1 测试器件
• 5.3.2 实验细节
• 5.4 实验结果与讨论
• 5.5 结论
• 第六章 论文总结
• 6.1 主要工作和结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
• 上海交通大学学位论文答辩决议书