We reported that hot electron phenomena in submicron nMOSFET by Monte Carlo method. In order to predict the influence of the hot electron effects on the device reliability, either simple analytical model or a complete two dimensional numerical simulation has been adopted. Results of numerical simulation, based on the static mobility model, may be inaccurate when gate length of MOSFET is scaled down to less than 1um. Most of device simulation packages utilize the static nobility model. Monte Carlo method based on stochastic analysis of carrier movement may be a powerful tool to characterize hot electrons. In this work, energy and velocity distribution of carriers were obtained to predict the relative degree of short channel effects for different device parameters. Our analysis shows a few interesting results when $V_{ds}$ is 5 volt, average electron energy does not increase with gate bias as evidenced by substrate current.
SIMOX 웨이퍼를 사용하여 제작된 GAA 구조 SOI MOSFET의 열전자에 의한 소자열화를 측정·분석하였다. nMOSFET의 열화는 스트레스 게이트 전압이 문턱전압과 같을 때 최대가 되었는데 이는 낮은 게이트 전압에서 PBT 작용의 활성화로 충격이온화가 많이 되었기 때문이다. 소자의 열화는 충격이혼화로 생성된 열전자와 홀에의한 계면상태 생성이 주된 원인임을 degradation rate와 dynamic transconductance 측정으로부터 확인하였다. 그리고 pMOSFET의 열화의 원인은 DAHC 현상에서 생성된 열전자 주입에 의한 전자 트랩핑이 주된 것임을 스트레스 게이트 전압변화에 따른 드레인 전류 변화로부터 확인 할 수 있었다.
N$^{+}$poly gate NMOSFETs and p$^{+}$ poly gate (surface type) PMOSFETs with three different gate oxides(SiO2, NO, and ONO) were fabricated. The rapid thermal nitridation and reoxidation techniques have been applied to gate oxide formation. The current drivability of the ONO NMOSFET shows larger values than that of the SiO2 NMOSFET. The snap-back occurs at a lower drain voltage for SiO$_2$ cases for ONO NMOSFET. Under the maximum substrate current bias conditions, hot-carrier effects inducting threshold voltage shift and transconductance degradation were investigated. The results indicate that ONO films exhibit less degradation in terms of threshold voltage shift. It was confirmed that the ONO samples achieve good improvement of hot-carrier immunity. In a SiO$_2$ SC-PMOSFET, with significant boron penetration, it becomes a depletion type (normally-on). But ONO films show excellent impurity barrier properties to boron penetration from the gate.
본 논문은 고성능 다결정 실리콘(Poly-Si) 박막 트랜지스터 (Thin Film Transistor)에서 단일 수직 그레인 경계(Single Perpendlcular Grain Boundary)가 고온 캐리어 스트레스(Hot Carrier Stress) 및 정전류 안정성 평가에서 어떠한 효과를 보이는가에 대해서 살펴보았다. 고온 캐리어 스트레스 하에서($V_G=V_{TH}+1V,\;V_D$ =12V),그레이 경계가 없는 다결정 실리콘 TFT와 비교했을 때 그레인 경계를 가지고 있는 다결정 실리를 TFT는 전기 전도(Electric Conduction)에 작용하는 자유 캐리어(Free Carrier)의 개수가 적기 때문에 상대적으로 더욱 우수한 전기적 특성을 나타낸다. 먼저 1000초 동안 고온 캐리어 스트레스를 가해준 결과 단일 그레인 경계를 가진 다결정 실리콘에서의 트랜스 컨덕턴스(Transconductance)의 이동 정도는 5% 미만으로 확인되었다. 반면에 같은 스트레스 조건 하에서 그레인 경계가 존재하지 않는 다결정 실리콘의 경우에는 그 이동 정도가 약 25%에 달하는 것으로 측정되었다. 다음으로 정전류 스트레스(Constant Current Stress) 인가시, 수직형 그레인 경계가 채널 영역 내에 존재하지 않는 다결정 실리콘 TFT는 드레인 접합 부분의 전계 세기를 비교했을 때, 그레인 경계를 가지고 있는 다결정 실리콘 TFT보다 상대적으로 낮은 원 인 때문에 적게 열화되는(Degraded) 특성을 확인할 수 있었다.
The hot electron induced effective channel length modulation (${\Delta}L_{H}$) and HEIP characteristics in PMOSFET's after bidirectional stress are presented. Trapped electron charges in gate oxide and lateral field are calculated from the gate current model, and ${\Delta}L_{H}$(${\Delta}L_{HD},\;{\Delta}L_{HS}$) is calculated using trapped electron charges and lateral field. It has been found that ${\Delta}I_{d}$and ${\Delta}L_{H}$ are more affected by the stress order (Forward-Reverse of Reverse or Reverse-Forward) than the stress direction, and they vary logarithmically with the stress time. In contrast, ${\Delta}V_{t}$ and ${\Delta}V_{pt}$ are more affected by the stress direction thatn the stress order. The correlation between ${\Delta}V_{pt}$ and the stress time can be explanined as the following polynomial functin: ${\Delta}V_{pt}$=AT$^{n}$. It has also been shown that PMOSFET degradation is related with the gate current and the effects of ${\Delta}V_{pt}$ is the most significant.
본 연구에서는 Lateral DMOS 소자열화 메카니즘이 게이트 산화층의 두께에 따라 다른 것을 측정을 통하여 알 수 있었다. 얇은 산화층 소자는 채널에 생성되는 계면상태와 drift 영역에 포획되는 홀에 의하여 소자가 열화 되고 두꺼운 산화층 소자에서는 채널 영역의 계면상태 생성에 의해서 소자가 열화 되는 것으로 알 수 있었다. 그리고 소자 시뮬레이션을 통하여 다른 열화 메카니즘을 입증할 수 있었다. DC 스트레스에서의 소자 열화와 AC 스트레스에서 소자열화의 비교로부터 AC스트레스에서 소자열화가 적게 되었으며 게이트 펄스의 주파수가 증가할수록 소자열화가 심함을 알 수 있었다. 그 결과로부터 RF LDMOS 에서는 소자열화가 소자설계 및 회로설계에 중요한 변수로 작용할 수 있음을 알 수 있었다.
The effects of alternate bias stress on p-channel poly-Si TPT's has been systematically investigated. It has been shown that the application of alternate bias stress affects device degradation for the negative bias stress as well as device improvement for the positive bias stress. This effects have been related to the hot carrier injection into the gate oxide rather than the generation of defect states within the poly-Si/SiO$_2$ under bias stress.
Thw VLSI device of submicron level trends to have a low level of reliability because of hot carriers which are caused by short channel effects and which do not appear in a long-channel MOSFET operated in 5V. In order to minimize the generation of hot carrier, much research has been made into various types of drain structures. This study has suggested CG MOSFET (Concaved Gate MOSFET) as new drain structure and compared its electrical characteristics with those of the conventional MOSFET and LDD-structured MOSFET by making use of a simulation method. These three device were assumed to be produced by the LOCOS process and a computer-based analysis(PISCES-2B simulator) was carried out to verify the hot electron-resistant behaviours of the devices. In the present simulation, the channel length of these devises was 1.0$\mu$m and their DC characteristics, such as VS1DT-IS1DT curves, gate and substrate current, potential contours, breakdown voltage and electric field were compared with one another.
In this study, we have fabricated and characterized vertical double-gate (DG) InGaAs tunnel field-effect-transistors (TFETs) with Al2O3/HfO2 = 1/5 nm bi-layer gate dielectric by employing a top-down approach. The device exhibited excellent characteristics including a minimum subthreshold swing of 60 mV/decade, a maximum transconductance of 141 µS/㎛, and an on/off current ratio of over 103 at 20℃. Although the TFETs were fabricated using a dry etch-based top-down approach, the values of DIBL and hysteresis were as low as 40 mV/V and below 10 mV, respectively. By evaluating the effects of constant voltage and hot carrier injection stress on the vertical DG InGaAs TFET, we have identified the dominant charge trapping mechanism in TFETs.
Deep submicron NMOSFETs with elevated source/drain can be fabricated using self-aligned selective epitaxial growth(SEG) of silicon for enhanced device characteristics with shallow junction compared to conventional MOSFETs. Shallow junctions, especially with the heartily-doped S/D residing in the elevated layer, give hotter immunity to Yt roll off, drain-induced-barrier-lowering (DIBL), subthreshold swing (SS), punch-through, and hot carrier effects. In this paper, the characteristics of both deep submicron elevated source/drain NMOSFETs and conventional NMOSFETs were investigated by using TSUPREM-4 and MEDICI simulators, and then the results were compared. It was observed from the simulation results that deep submicron elevated S/D NMOSFETs having shallower junction depth resulted in reduced short channel effects, such as DIBL, SS, and hot carrier effects than conventional NMOSFETs. The saturation current, Idsat, of the elevated S/D NMOSFETs was higher than conventional NMOSFETs with identical device dimensions due to smaller sheet resistance in source/drain regions. However, the gate-to-drain capacitance increased in the elevated S/D MOSFETs compared with the conventional NMOSFETs because of increasing overlap area. Therefore, it is concluded that elevated S/D MOSFETs may result in better device characteristics including current drivability than conventional NMOSFETs, but there exists trade-off between device characteristics and fate-to-drain capacitance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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