第11章MOSFET概念深入

1、第十一章第十一章MOSFETMOSFET概念的深入概念的深入2015-12第第1111章章MOSFETMOSFET概念的深入概念的深入n11111 1非理想效應(yīng)非理想效應(yīng)n11112 MOSFET2 MOSFET按比例縮小理論按比例縮小理論n11113 3閾值電壓的修正閾值電壓的修正n11114 4附加電學(xué)特性附加電學(xué)特性n11115 5輻射和熱電子效應(yīng)輻射和熱電子效應(yīng)* *211.1 11.1 非理想效應(yīng)非理想效應(yīng)n與理想推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏離的五種效應(yīng)：與理想推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏離的五種效應(yīng)：（1 1）亞閾值電導(dǎo)）亞閾值電導(dǎo)（2 2）溝道長(zhǎng)度調(diào)制）溝道長(zhǎng)度調(diào)制（3 3）溝道遷移率的變化）溝道遷移率

2、的變化（4 4）速度飽和）速度飽和（5 5）彈道輸運(yùn)）彈道輸運(yùn)11.1 11.1 非理想效應(yīng)非理想效應(yīng) 亞閾值電流亞閾值電流: : 定義定義亞閾值電流：亞閾值電流：V VGSGSVVT T時(shí)的電流時(shí)的電流稱為亞閾值電流。稱為亞閾值電流。TGVV 區(qū)半導(dǎo)體表面處于弱反型fpsfp24理想伏安特性，當(dāng)柵源電壓理想伏安特性，當(dāng)柵源電壓時(shí)，漏電流時(shí)，漏電流ID為為0；實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，當(dāng) 時(shí)時(shí)，ID不為不為0；TGVV 11.1 11.1 非理想效應(yīng)非理想效應(yīng) 亞閾值電流亞閾值電流: : 比較比較施加小的漏電壓時(shí)，施加小的漏電壓時(shí)，n n溝道溝道MOSFETMOSFET溝道表面勢(shì)示意圖溝道表面

3、勢(shì)示意圖堆積狀態(tài)：堆積狀態(tài)：勢(shì)壘很高勢(shì)壘很高電子無(wú)法電子無(wú)法躍過(guò)躍過(guò)無(wú)法形成表面電流；無(wú)法形成表面電流；弱反型狀態(tài)：弱反型狀態(tài)：勢(shì)壘較低勢(shì)壘較低電子有電子有一定的幾率越過(guò)勢(shì)壘一定的幾率越過(guò)勢(shì)壘形成亞閾形成亞閾值電流；值電流；強(qiáng)反型狀態(tài)：強(qiáng)反型狀態(tài)：勢(shì)壘極低勢(shì)壘極低大量大量電電子越過(guò)勢(shì)壘子越過(guò)勢(shì)壘形成溝道電流。形成溝道電流。511.1 11.1 非理想效應(yīng)非理想效應(yīng) 亞閾值電流亞閾值電流: : 電壓特性電壓特性無(wú)關(guān)即與，略大時(shí)，如漏源電壓DS（sub)DDSDSVITkTeVVK300,V104. 0/4改變一個(gè)數(shù)量級(jí)），改變（當(dāng)與柵源電壓成指數(shù)關(guān)系（sub)DS（sub)DIVImV60GI

4、IDsubDsub-V-VDSDS曲線的斜率是半導(dǎo)體摻雜濃曲線的斜率是半導(dǎo)體摻雜濃度和界面態(tài)密度的函數(shù)?？赏ㄟ^(guò)對(duì)度和界面態(tài)密度的函數(shù)?？赏ㄟ^(guò)對(duì)曲線斜率的測(cè)量來(lái)實(shí)驗(yàn)確定氧化層曲線斜率的測(cè)量來(lái)實(shí)驗(yàn)確定氧化層- -半導(dǎo)體界面態(tài)密度。半導(dǎo)體界面態(tài)密度。611.1 11.1 非理想效應(yīng)非理想效應(yīng) 溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng): :機(jī)理機(jī)理LILLLLVVDDSDS1飽和區(qū)：7當(dāng)當(dāng)MOSFETMOSFET偏置在飽和偏置在飽和區(qū)時(shí)，漏端的耗盡區(qū)區(qū)時(shí)，漏端的耗盡區(qū)橫向延伸而進(jìn)入溝道橫向延伸而進(jìn)入溝道，從而減小了有效溝，從而減小了有效溝道長(zhǎng)度。道長(zhǎng)度。12.1 12.1 非理想效應(yīng)非理想效應(yīng) 溝道長(zhǎng)度調(diào)制效

5、應(yīng)溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng): :模型模型1 1視作漏視作漏- -襯襯pnpn結(jié)空間結(jié)空間電荷區(qū)的擴(kuò)展電荷區(qū)的擴(kuò)展1()()2()()spfpDS satfpDS sataxVVeN溝道夾斷時(shí)漏襯結(jié)空間電荷區(qū)寬度 結(jié)反偏壓2()()2()()spfpDS satDSfpDS satDSaxVVVVeN溝道夾斷后漏 襯結(jié)空間電荷區(qū)寬度 結(jié)反偏壓2)()(12satDSfpDSsatDSfpasppVVVeNxxL夾斷區(qū)長(zhǎng)度()()DD satD satLIIILL漏源電流2()()2noxD satGSTWCIVVL812.1 12.1 非理想效應(yīng)非理想效應(yīng)溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng): :模型模型2

6、 2( )axeN 夾斷區(qū)的電荷密度 （與空間座標(biāo)無(wú)關(guān)）satsat0sat0E( )EE(EE)xaxsseN xxxdx 夾斷區(qū)內(nèi) 點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度 邊界條件2sat()0()0)E)E()2xaDS satxDS satseN xxxx dxxVV 夾斷區(qū)內(nèi) 點(diǎn)的電勢(shì)（邊界條件2sat0E( )()(0)E2LaDSseN LVx dxLL夾斷區(qū)兩端的電勢(shì)差 satsatDSDSfpasVVeNL)(2)(夾斷區(qū)長(zhǎng)度2sat2E2assateN其中E( )sdxdx夾斷區(qū)橫向電場(chǎng)滿足的一維泊松方程 912.1 12.1 非理想效應(yīng)非理想效應(yīng) 溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng): :影響因素影響

7、因素著溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)越顯的絕對(duì)值越大越小襯底摻雜濃度 LNa著溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)越顯的相對(duì)值越大越小溝道長(zhǎng)度 LLI ID D的實(shí)測(cè)值高于理論值的實(shí)測(cè)值高于理論值在飽和區(qū)，實(shí)測(cè)在飽和區(qū)，實(shí)測(cè)I ID D隨隨V VDSDS增增加而緩慢增加加而緩慢增加()2()sfpDSDS satsataLVVeN()DD satLIILL1011.1 11.1 非理想效應(yīng)非理想效應(yīng)遷移率變化遷移率變化: :縱向電場(chǎng)的影響縱向電場(chǎng)的影響(1)(1)(表面表面散射界面溝道載流子的運(yùn)動(dòng)趨近縱向電場(chǎng)GSsGSVfV遷移率 表面散射表面散射11seff111011.1 11.1 非理想效應(yīng)非理想效應(yīng)遷移率變化遷移率變化

8、: :縱向電場(chǎng)的影響縱向電場(chǎng)的影響(2)(2)體遷移率體遷移率(典型值典型值600cm2/Vs, NMOS）表面遷移率表面遷移率000(, )1( )1effGSGSTsf VxVVV x典型值典型值0.0300( )1( )1()1ln1()DSVoxDGSTnxGSTnGSTnDSDSGSTnWCIVVV x dVLVVV xVVVVVV隨隨VGS-VTn而而變緩變緩 有效遷移率：有效遷移率：有效遷移率經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式：有效遷移率經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式：1212.1 12.1 非理想效應(yīng)非理想效應(yīng)遷移率變化遷移率變化: :漂移速度與電場(chǎng)的關(guān)系漂移速度與電場(chǎng)的關(guān)系峰值電場(chǎng)強(qiáng)度峰值電場(chǎng)強(qiáng)度峰值漂移速度峰值漂移速

9、度飽和漂移速度飽和漂移速度cm/s10)86(cm/V101 . 1,cm/s103:InPcm/s10)86(cm/V105 . 3,cm/s102:GaAscm/V105,cm/s101:Si63763747seppseppCsevEvvEvEv1311.1 11.1 非理想效應(yīng)非理想效應(yīng) 遷移率變化遷移率變化:Si:Si的情形的情形（104V/cm)Ev低場(chǎng)：遷移低場(chǎng)：遷移率不隨率不隨E而變而變高場(chǎng)：遷移率隨高場(chǎng)：遷移率隨E增加而下降增加而下降強(qiáng)場(chǎng)：遷移率強(qiáng)場(chǎng)：遷移率與與E成反比成反比dEdv高電壓易飽和時(shí)，短溝道易飽和（)V/cm105Em1,V54LVLVEDSDS1411.1 11

10、.1 非理想效應(yīng)非理想效應(yīng) 遷移率變化遷移率變化:GaAs:GaAs、InPInP的情形的情形（104V/cm)與與SiSi相比，相比，GaAsGaAs、InPInP的特點(diǎn)：的特點(diǎn)：存在漂移速度峰值存在漂移速度峰值遷移率大遷移率大存在負(fù)微分遷移率區(qū)存在負(fù)微分遷移率區(qū)飽和漂移速度小飽和漂移速度小1511.1 11.1 非理想效應(yīng)非理想效應(yīng)12.1.412.1.4遷移率變化遷移率變化: :速度飽和效應(yīng)速度飽和效應(yīng)漏源電流下降漏源電流下降 提前飽提前飽和和 TGSsatDSVVV)(飽和漏源電飽和漏源電流與柵壓成流與柵壓成線性關(guān)系線性關(guān)系 飽和區(qū)跨導(dǎo)飽和區(qū)跨導(dǎo)與偏壓及溝與偏壓及溝道長(zhǎng)度無(wú)關(guān)道長(zhǎng)度無(wú)關(guān)

11、 截止頻率與截止頻率與柵壓無(wú)關(guān)柵壓無(wú)關(guān) 1611.1 11.1 非理想效應(yīng)非理想效應(yīng) 彈道輸運(yùn)彈道輸運(yùn)n非彈道輸運(yùn)非彈道輸運(yùn)MOSFETMOSFETn溝道長(zhǎng)度溝道長(zhǎng)度L L0.10.1m m，大于散射平均自由程；，大于散射平均自由程；n載流子從源到漏運(yùn)動(dòng)需經(jīng)過(guò)多次散射；載流子從源到漏運(yùn)動(dòng)需經(jīng)過(guò)多次散射；n載流子運(yùn)動(dòng)速度用平均漂移速度表征；載流子運(yùn)動(dòng)速度用平均漂移速度表征；n彈道輸運(yùn)彈道輸運(yùn)MOSFETMOSFETn溝道長(zhǎng)度溝道長(zhǎng)度L L0.10VBS0BSTVV 體源電壓2711.3 11.3 閾值電壓修正閾值電壓修正 V VT T隨隨W W的變化的變化: :表面電荷表面電荷 窄溝道效應(yīng)窄溝道

12、效應(yīng)max(GSBadTBadTVQeN x WLQeN x理想模型 適用寬溝道）：受控制的表面總電荷 單位面積的表面電荷 max(| |2|12GSBadTdTdTBadTVQeN xWLLxxQeN xW實(shí)際情形 適用窄溝道）：受控制的表面總電荷 單位面積的表面電荷 LxdT241241圓柱體的體積為邊緣兩個(gè)28WXCxeNVVdoxdTafpFBT212max02(WxCxeNVVVdToxdTaTTT寬溝道）窄溝道）WxCxeNVdToxdTaT圓柱體，則若溝道邊緣非4/1若溝道寬度若溝道寬度W W窄到與表面空間電荷區(qū)寬度窄到與表面空間電荷區(qū)寬度x xdTdT相當(dāng)時(shí)，閾相當(dāng)時(shí)，閾值電壓

13、值電壓V VT T與溝道寬度與溝道寬度W W有關(guān)，此時(shí)有關(guān)，此時(shí)V VT T隨隨W W的減少而增加的減少而增加11.3 11.3 閾值電壓修正閾值電壓修正 V VT T隨隨W W的變化的變化: :V VT T的計(jì)算的計(jì)算0.2Vm18. 0,V376. 0,F/cm1067. 7/2m,5 . 0,m59. 1,nm45,cm103MOSFET,n:38316TdTfpoxjoxaVxCrWtN溝道計(jì)算實(shí)例2911.3 11.3 閾值電壓修正閾值電壓修正 V VT T隨隨W W的變化的變化: :關(guān)系曲線關(guān)系曲線|TaVN表面空間電荷密度襯底摻雜濃度|/TdTVxW表面空間電荷區(qū)厚度溝道寬度30

14、11.3 11.3 閾值電壓修正閾值電壓修正 離子注入調(diào)整離子注入調(diào)整V VT T: :原理原理np p型半導(dǎo)體表面注入受主雜質(zhì)型半導(dǎo)體表面注入受主雜質(zhì)N Na a（如（如B B）半導(dǎo)體表面凈摻半導(dǎo)體表面凈摻雜濃度雜濃度表面更難以反型表面更難以反型V VT ToxITTCeDVV0受主注入劑量受主注入劑量（單位面積注（單位面積注入的離子數(shù)）入的離子數(shù)）注入前的閾值電壓注入前的閾值電壓p p型半導(dǎo)體表面注入施主雜質(zhì)型半導(dǎo)體表面注入施主雜質(zhì)N Nd d（如（如P P）半導(dǎo)體表面凈摻雜濃度半導(dǎo)體表面凈摻雜濃度表表面更容易反型面更容易反型V VT ToxITTCeDVV0施主注入劑量施主注入劑量（單位

15、面積注（單位面積注入的離子數(shù)）入的離子數(shù)）注入前的閾值電壓注入前的閾值電壓3111.3 11.3 閾值電壓修正閾值電壓修正 離子注入調(diào)整離子注入調(diào)整V VT T: :注入雜質(zhì)分布注入雜質(zhì)分布1 1、DeltaDelta函數(shù)型分布函數(shù)型分布)(aSINNxD 2 2、階躍函數(shù)型分布、階躍函數(shù)型分布 IasIxNND)( 3 3、高斯函數(shù)型分布：、高斯函數(shù)型分布：更接近實(shí)際情況，分析較復(fù)雜。更接近實(shí)際情況，分析較復(fù)雜。平均注入摻雜濃度平均注入摻雜濃度注入前的摻雜濃度注入前的摻雜濃度平均注入摻雜濃度平均注入摻雜濃度注入前的摻雜濃度注入前的摻雜濃度注入深度注入深度反型時(shí)，反型時(shí)，x xdTdTxxxI

16、 I,V,VT T由由D DI I決定；決定；3211.4 11.4 擊穿特性擊穿特性 MOSFETMOSFET主要擊穿機(jī)構(gòu)主要擊穿機(jī)構(gòu)。漏源擊穿漏源擊穿BVBVDSDS：漏：漏pnpn結(jié)擊穿，與結(jié)擊穿，與V VDSDS、V VGSGS均有關(guān)均有關(guān)柵源擊穿柵源擊穿BVBVGSGS：柵氧化層擊穿，只與：柵氧化層擊穿，只與V VGSGS有關(guān)有關(guān)3311.4 11.4 擊穿特性擊穿特性 柵柵- -源介質(zhì)擊穿源介質(zhì)擊穿n擊穿現(xiàn)象擊穿現(xiàn)象nV VGSGSBVBVGSGS氧化層電場(chǎng)強(qiáng)度氧化層電場(chǎng)強(qiáng)度E Eoxox 臨界電場(chǎng)強(qiáng)度臨界電場(chǎng)強(qiáng)度E EB B(0.51)x10(0.51)x107 7V/cmV/c

17、m時(shí)，氧化層發(fā)生介電擊穿時(shí)，氧化層發(fā)生介電擊穿n當(dāng)氧化層厚度當(dāng)氧化層厚度50nm50nm時(shí)，時(shí)，BVBVGSGS=30V=30V，若，若E EB B6x106x106 6V/cmV/cm，則要，則要求工作電壓求工作電壓V VGSGS10V10V（安全余量為（安全余量為3 3）n擊穿過(guò)程擊穿過(guò)程n針孔針孔凹坑凹坑空洞空洞崩塌崩塌n電流電流II溫度溫度TT電流電流II，形成熱電正反饋，形成熱電正反饋n擊穿場(chǎng)強(qiáng)的來(lái)源擊穿場(chǎng)強(qiáng)的來(lái)源n柵壓柵壓V VGSGS：E EoxoxVVGSGS/t/toxoxn柵感應(yīng)電荷柵感應(yīng)電荷Q QI I：E EoxoxQQI I/t/toxoxC Coxox3411.4

18、11.4 擊穿特性擊穿特性 漏漏pnpn結(jié)擊穿結(jié)擊穿35漏極是一個(gè)相當(dāng)淺的擴(kuò)漏極是一個(gè)相當(dāng)淺的擴(kuò)散區(qū)并發(fā)生彎曲，耗盡散區(qū)并發(fā)生彎曲，耗盡區(qū)的電場(chǎng)在彎曲處有集區(qū)的電場(chǎng)在彎曲處有集中的趨向。中的趨向。11.4 11.4 擊穿特性擊穿特性 溝道雪崩倍增效應(yīng)溝道雪崩倍增效應(yīng)SIDIsubI發(fā)自發(fā)自S S端的載流子（形成電流端的載流子（形成電流I IS S）受溝道電場(chǎng)的加速在）受溝道電場(chǎng)的加速在D D端附近發(fā)生雪崩倍增，端附近發(fā)生雪崩倍增，產(chǎn)生的電子被漏極收集（加入產(chǎn)生的電子被漏極收集（加入I ID D），產(chǎn)生的空穴注入襯底（產(chǎn)生），產(chǎn)生的空穴注入襯底（產(chǎn)生I Isubsub）雪崩倍增形成條件：雪崩倍增

19、形成條件：n 短溝道：短溝道：L L越短，越短，溝道電場(chǎng)越強(qiáng)溝道電場(chǎng)越強(qiáng)n n n溝道：空穴的溝道：空穴的碰撞電離率小于電碰撞電離率小于電子，產(chǎn)生雪崩倍增子，產(chǎn)生雪崩倍增的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度大的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度大于電子于電子) 111MIMISD（雪崩倍增因子3611.4 11.4 擊穿特性擊穿特性 寄生晶體管效應(yīng)寄生晶體管效應(yīng)) 1) 1(111MIMIMIIISSSDSub（DsubsubsubsubDIIVIRSI從 注入溝道的電子數(shù)所致）不是因（這種出現(xiàn)負(fù)阻效應(yīng)所需的維持大電流DSDSVIVIDD溝道）（短溝道，）溝道雪崩倍增（；）（形成條件：n201subRSIDIsubI3711.4 11.

20、4 擊穿特性擊穿特性 源漏穿通效應(yīng)源漏穿通效應(yīng)空間電荷區(qū)交接，勢(shì)壘空間電荷區(qū)交接，勢(shì)壘消失了，漏電流增大消失了，漏電流增大38n短溝道器件穿通特性曲線短溝道器件穿通特性曲線11.4 11.4 擊穿特性擊穿特性 源漏穿通效應(yīng)源漏穿通效應(yīng)3911.4 11.4 擊穿特性擊穿特性 輕摻雜漏輕摻雜漏(LDD)(LDD)晶體管晶體管傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)LDDLDD結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)漏區(qū)摻雜濃漏區(qū)摻雜濃度較高且分度較高且分布梯度較陡布梯度較陡漏區(qū)摻雜濃漏區(qū)摻雜濃度較低且分度較低且分布梯度較緩布梯度較緩降低了電場(chǎng)峰降低了電場(chǎng)峰值及分布梯度值及分布梯度40DMOS(DMOS(雙擴(kuò)散雙擴(kuò)散MOSFET)MOSFET)埋溝埋溝

21、MOSFETMOSFETSOISOI結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)( (絕緣體上硅絕緣體上硅) )將器件制作在絕緣膜或絕緣襯底上形成的單晶硅上將器件制作在絕緣膜或絕緣襯底上形成的單晶硅上。11.4 11.4 擊穿特性擊穿特性4111.5 11.5 可靠性效應(yīng)可靠性效應(yīng) MOSFETMOSFET的輻射效應(yīng)的輻射效應(yīng)輻射產(chǎn)生氧化輻射產(chǎn)生氧化層電荷層電荷輻射產(chǎn)生輻射產(chǎn)生界面態(tài)界面態(tài)x x射線、射線、射線等離化輻射將射線等離化輻射將SiOSiO2 2中的電子中的電子- -空穴對(duì)打開(kāi)，同時(shí)產(chǎn)生空穴對(duì)打開(kāi)，同時(shí)產(chǎn)生自由電子和自由空穴自由電子和自由空穴輻射產(chǎn)生的電子在輻射產(chǎn)生的電子在SiOSiO2 2中很快移出柵極中很快移出柵極

22、（遷移率（遷移率20cm20cm2 2/V/Vs s）輻射產(chǎn)生的空穴通過(guò)輻射產(chǎn)生的空穴通過(guò)SiOSiO2 2的隨機(jī)的隨機(jī)躍遷緩慢地向躍遷緩慢地向Si-SiOSi-SiO2 2界面移動(dòng)界面移動(dòng)（遷移率（遷移率1010-4-41010-11-11cmcm2 2/V/Vs s）到達(dá)到達(dá)Si-SiOSi-SiO2 2界面的空穴一部分注界面的空穴一部分注入入SiSi中，另一部分被界面附近的中，另一部分被界面附近的空穴陷阱所俘獲，呈現(xiàn)正的空間空穴陷阱所俘獲，呈現(xiàn)正的空間電荷，使電荷，使V VT T向負(fù)方向移動(dòng)向負(fù)方向移動(dòng)離化輻射打開(kāi)離化輻射打開(kāi)Si-SiOSi-SiO2 2界面的飽和鍵，界面的飽和鍵，產(chǎn)生

23、界面陷阱。在禁帶下部為施主態(tài)，產(chǎn)生界面陷阱。在禁帶下部為施主態(tài)，上部為受主態(tài)，可部分補(bǔ)償輻射引入上部為受主態(tài)，可部分補(bǔ)償輻射引入的正氧化層電荷對(duì)的正氧化層電荷對(duì)V VT T的影響的影響4211.5 11.5 可靠性效應(yīng)可靠性效應(yīng) 輻射產(chǎn)生氧化層電荷輻射產(chǎn)生氧化層電荷: :特性特性1 1正柵壓下，輻射引入的空穴向硅一側(cè)移動(dòng)正柵壓下，輻射引入的空穴向硅一側(cè)移動(dòng)，且柵壓，且柵壓V VG G中途未被復(fù)合而最終到達(dá)中途未被復(fù)合而最終到達(dá)Si-SiOSi-SiO2 2界面附近且被陷阱俘獲的空穴數(shù)界面附近且被陷阱俘獲的空穴數(shù)引入的附加正電荷量引入的附加正電荷量平帶電壓漂移平帶電壓漂移量量| |V Vfbfb

24、|當(dāng)當(dāng)Si-SiOSi-SiO2 2界面附近的界面附近的空穴陷阱全被占據(jù)時(shí)，空穴陷阱全被占據(jù)時(shí)，平帶電壓漂移量趨于平帶電壓漂移量趨于飽和飽和負(fù)柵壓下，輻射引入的空穴向柵極一側(cè)移動(dòng)負(fù)柵壓下，輻射引入的空穴向柵極一側(cè)移動(dòng)引入附引入附加正電荷的作用較弱，且基本不隨加正電荷的作用較弱，且基本不隨V VG G的變化而變化的變化而變化4311.5 11.5 可靠性效應(yīng)可靠性效應(yīng) 輻射產(chǎn)生氧化層電荷輻射產(chǎn)生氧化層電荷: :特性特性2 2離化輻射劑量離化輻射劑量rad(Si)p p溝道溝道MOSFETMOSFET：導(dǎo)通電壓為負(fù)柵壓，故：導(dǎo)通電壓為負(fù)柵壓，故輻射產(chǎn)生氧化層電荷的效果弱輻射產(chǎn)生氧化層電荷的效果弱n

25、 n溝道溝道MOSFETMOSFET：導(dǎo)通電壓為正柵壓，：導(dǎo)通電壓為正柵壓，故輻射產(chǎn)生氧化層電荷的效果強(qiáng)故輻射產(chǎn)生氧化層電荷的效果強(qiáng)輻射劑量很高時(shí)，輻射輻射劑量很高時(shí)，輻射引入的界面態(tài)產(chǎn)生，閾引入的界面態(tài)產(chǎn)生，閾值電壓變化反轉(zhuǎn)。值電壓變化反轉(zhuǎn)。4411.5 11.5 可靠性效應(yīng)可靠性效應(yīng) 輻射產(chǎn)生界面態(tài)輻射產(chǎn)生界面態(tài): :特性特性1 1亞閾值電流（亞閾值電流（A）在亞閾區(qū)，在亞閾區(qū)，I ID D-V-VGSGS曲線的斜率是界面態(tài)密度的函數(shù)曲線的斜率是界面態(tài)密度的函數(shù)輻射總劑量越輻射總劑量越大，則引入的大，則引入的界面態(tài)密度越界面態(tài)密度越大大不同總離化輻射劑量下的亞閾值電流與柵壓的函數(shù)關(guān)系不同總

26、離化輻射劑量下的亞閾值電流與柵壓的函數(shù)關(guān)系4511.5 11.5 可靠性效應(yīng)可靠性效應(yīng) 輻射產(chǎn)生界面態(tài)輻射產(chǎn)生界面態(tài): :特性特性2 2界面態(tài)的生成還會(huì)受氧化層電場(chǎng)的影響。界面態(tài)的生成還會(huì)受氧化層電場(chǎng)的影響。離化輻照后，離化輻照后，界面態(tài)密度逐界面態(tài)密度逐漸上升，并在漸上升，并在1001001000s1000s后后才能達(dá)到其穩(wěn)才能達(dá)到其穩(wěn)定值定值4611.5 11.5 可靠性效應(yīng)可靠性效應(yīng) 熱電子效應(yīng)熱電子效應(yīng)在漏區(qū)附近的溝道中因在漏區(qū)附近的溝道中因雪崩倍增產(chǎn)生的高能電雪崩倍增產(chǎn)生的高能電子，有可能受正柵壓所子，有可能受正柵壓所產(chǎn)生的縱向電場(chǎng)作用，產(chǎn)生的縱向電場(chǎng)作用，越過(guò)越過(guò)Si-SiOSi-SiO2 2界面勢(shì)壘，界面勢(shì)壘，進(jìn)入進(jìn)入SiOSiO2 2層中，此電子層中，此電子的能量比熱平衡是要高的能量比熱平衡是要高很多，因此稱為很多，因此稱為熱電子。熱電子。 產(chǎn)生柵電流（產(chǎn)生柵電流（pAfApAfA量級(jí)）。量級(jí)）。 產(chǎn)生負(fù)的充電效應(yīng)，引入負(fù)氧化層電荷，使產(chǎn)生負(fù)的充電效應(yīng)，引入負(fù)氧化層電荷，使V VT T正向漂移。正向漂移。