信息来源: 时间:2022-3-7
由于沟道越来越短,栅氧化层越来越薄,而电源电压又要保持5V标准,结果使沟道内的横向和纵向电场大大加强。横向强电场使导电载流子加速,并获得高能量,这些高能量的载流子即为热载流子。它们在强纵向栅场作用下越过Si/SiO2,势垒进入SiO2中,使栅氧化层中的电荷发生变化,造成开启电压的漂移,引起器件特性不稳定。
同时,部分高能载流子与晶格碰撞,产生电子空穴对,如图2.8所示。空穴为衬底所收集,产生衬底电流会影响衬偏VBS,由此也会影响器件的特性。
基于上述原因,克服热电子效应成为短沟VLSI器件结构设计的关键,也是VLSI器件物理研究的重点之一。
一、热电子流
热电子流是指由于热电子效应产生的非正常电流,它包括如下几种流:
1、衬底电流由热电子与晶格之间碰撞电离所引起,它的经验表达式为:
其中IDS为漏端电流,Em为沟道中最大的电场强度,和为与碰撞电离有关的系数。实验测得:
2、栅电流 其经验公式如下:
其中C2是与表面纵向电场Eox有关的系数,λ是沟道热电子的平均自由路程,是Si/SiO2的势垒高度,就是热电子渡越势垒的几率。本身与Eox也有关,随Eox加大,势垒下降。
3、少子电流In 这是沟道向衬底注入的少子电流。产生In的原因有两种解释。一种是认为由于存在较大的Isub使S区pn结处于正偏,由此引起少子向衬底的注入。但是一般情况下这种可能性不大,因为如图2.8所示,要使S区pn结区处于正偏,Isub必须相当大。另一种认为比较合理的解释是由热沟道载流子释放出光子,光子射入衬底激发少子,如图2.8所示。这些少子能为附近的n+区所收集,造成这些动态结点的电平衰退而引起失效。因此,In也同样会给器件造成危害。
实验的结果为:
其中1.3eV可认为是热电子产生光子的平均能量,为热电子在电场作用获得的能量,单位为eV。
Isub、Ig和Im出于同一起源,因此它们之间的数值是相互关联的。由于Isub>Ig及In,为了监测方便,一般用Isub来间接推出Ig及In。
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