2022-2023學(xué)年高二物理競賽課件：半導(dǎo)體擊穿特性

半導(dǎo)體擊穿特性半導(dǎo)體擊穿特性寄生晶體管效應(yīng)擊穿特性源漏穿通效應(yīng)空間電荷區(qū)交接，勢壘消失了，漏電流增大短溝道器件穿通特性曲線擊穿特性源漏穿通效應(yīng)擊穿特性輕摻雜漏(LDD)晶體管傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)LDD結(jié)構(gòu)漏區(qū)摻雜濃度較高且分布梯度較陡漏區(qū)摻雜濃度較低且分布梯度較緩降低了電場峰值及分布梯度DMOS(雙擴(kuò)散MOSFET)埋溝MOSFETSOI結(jié)構(gòu)(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。擊穿特性輻射產(chǎn)生氧化層電荷輻射產(chǎn)生界面態(tài)x射線、γ射線等離化輻射將SiO2中的電子-空穴對打開，同時(shí)產(chǎn)生自由電子和自由空穴輻射產(chǎn)生的電子在SiO2中很快移出柵極（遷移率～20cm2/V?s）輻射產(chǎn)生的空穴通過SiO2的隨機(jī)躍遷緩慢地向Si-SiO2界面移動(dòng)（遷移率10-4～10-11cm2/V?s）到達(dá)Si-SiO2界面的空穴一部分注入Si中，另一部分被界面附近的空穴陷阱所俘獲，呈現(xiàn)正的空間電荷，使VT向負(fù)方向移動(dòng)離化輻射打開Si-SiO2界面的飽和鍵，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)償輻射引入的正氧化層電荷對VT的影響正柵壓下，輻射引入的空穴向硅一側(cè)移動(dòng)，且柵壓VG↑→中途未被復(fù)合而最終到達(dá)Si-SiO2界面附近且被陷阱俘獲的空穴數(shù)↑→引入的附加正電荷量↑→平帶電壓漂移量|ΔVfb|↑當(dāng)Si-SiO2界面附近的空穴陷阱全被占據(jù)時(shí)，平帶電壓漂移量趨于飽和負(fù)柵壓下，輻射引入的空穴向柵極一側(cè)移動(dòng)→引入附加正電荷的作用較弱，且基本不隨VG的變化而變化離化輻射劑量[rad(Si)]p溝道MOSFET：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n溝道MOSFET：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)輻射劑量很高時(shí)，輻射引入的界面態(tài)產(chǎn)生，閾值電壓變化反轉(zhuǎn)。亞閾值電流（A）在亞閾區(qū)，ID-VGS曲線的斜率是界面態(tài)密度的函數(shù)輻射總劑量越大，則引入的界面態(tài)密度越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)系界面態(tài)的生成還會(huì)受氧化層電場的影響。離化輻照后，界面態(tài)密度逐漸上升，并在100～1000s后才能達(dá)到其穩(wěn)定值在漏區(qū)附近的溝道中因雪崩倍增產(chǎn)生的高能電子，有可能受正柵壓所產(chǎn)生的縱向電場作用，越過Si-SiO2界面勢壘，進(jìn)入SiO2層中，此電子的能量比熱平衡是要高很多，因此稱為熱電子。產(chǎn)生柵電流（pA~fA量級(jí)）。產(chǎn)生負(fù)的充電效應(yīng)，引入負(fù)氧化層電荷，使VT正向漂移。熱電子能量較大會(huì)產(chǎn)生附加的界面態(tài)，使遷移率及跨導(dǎo)下降。作用：MOSFET在弱反型區(qū)存在所謂“亞閾值電流”。該電流與柵源電壓及漏源電壓呈指數(shù)關(guān)系。MOSFET在飽和區(qū)的有效溝道長度隨漏源電壓的增加而增加，導(dǎo)致漏源電流略微增加，形成所謂“溝道長度調(diào)制效應(yīng)”。此效應(yīng)在短溝道和低摻雜襯底中才顯著。溝道遷移率隨溝道橫向電場和縱向電場的增加而下降。在強(qiáng)的橫向電場下，載流子在溝道中的漂移速度將會(huì)達(dá)到飽和，此時(shí)漏源電流與柵源電壓呈線性關(guān)系縮小MOSFET尺寸可以提高集成度和工作速度。器件尺寸與工作電壓按同樣比例縮小較為理想，但難以實(shí)現(xiàn)。在短溝道和窄溝道條件下，閾值電壓會(huì)隨溝道長度和溝道寬度的變化而變化。在實(shí)際工藝中常采用離子注入來調(diào)整閾值電壓。柵源介質(zhì)擊穿和漏體pn結(jié)擊穿是