浅析高温负偏压不稳定性及其MOS管电压特性的影响

高温负偏压不稳定性

虽然MOS器件的单位面积固定正界面电荷密度的数值经过实测表明在-55到+125℃范围内，甚至超出此限而达到250°C，相对来说，往往同温度无关，但是人们发现，当MOS器件在超过300°C的高温环境中工作而且栅极有外加偏压时，表面上的Qss水平会发生移动^5，7，9。特别是当有强负偏压加于栅电极时，可以看到表面上的Qss水平增加，结果平带电压向负方向移动。随后再在栅极上施加数值相同的正电压，结果只能部分恢复，但在超过300°C时，对于给定温度平带电压正向移动的数量不如同一温度下原来负向移动那样大。这个现象通常称为“高温负偏压不稳定性”。迪尔（Deal）斯克拉（Sklar）、格罗夫（Grove）和斯诺（Snow）⁵已经证明，与这个不稳定性相关的平带电压的负向移动与外加栅极绝缘物的电场强度成线性比例，也与先前低温下观测到的Qss（原始）值成比例。因此，高温负偏压不稳定性对于例如在（111）晶向的硅衬底的影响远大于对（100）晶向的衬底的影响。由这种不稳定性造成的平带电压移动总量在400°C的条件下迅速趋向饱和，大约只需要1到3分钟，而在较低的温度下饱和过程进展相当缓慢（典型情况是在300°C下约需8小时）。应该着重指出，迪尔（Deal）、斯克拉（SKlar）、格罗夫（Grove）和斯诺（Snow）发现，在温度超过300°C时，由于外加负栅电压而使Qss增加一般也使快态密度以大致相同的数量增加，这两个量同时变化的影响会使观测的电容电压曲线的形状发生很大的移动和严重的畸变。

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