第一次综述热载流子注入效应对MOS器件性能的影响.doc

热载流子效应及其对器件特性的影响 组长：尹海滨整合资料撰写综述 组员：马祥晖查找问题三资料 王小果查找问题二资料 李洋 查找问题一资料 目录 一 绪论————————————————————————————————3 二 正文主题——————————————————————————————4 1　热载流子与热载流子注入效应—————————————————————4 1.1载流子的概念 1. 2热载流子的概念及产生 1. 3热载流子注入效应 1.4热载流子效应的机理 2　热载流子注入效应对MOS器件性能的影响———————————————6 2.1热载流子对器件寿命的影响 2. 2热载流子效应失效现象雪崩倍增效应.2.2阈值电压漂移 MOSFET性能的退化2.2.4寄生晶体管效应2.3.1热载流子注入对MOS结构C-V特性的影响 2.3.2热载流子注入对MOS结构I-V特性的影响 3　提高抗热载流子效应的措施——————————————————————10 3.1影响热载流子效应的主要因素 3.2提高抗热载流子效应的措施 三 结论————————————————————————————————12 四 主要参考文献————————————————————————————12 一 绪论 随着科学技术的发展，半导体器件在未来将会有着良好的发展前景，据世界半导体贸易统计歇会（WSTS）日前发布的一份预测报告，世界半导体市场发展未来三年将会保持两位数的增长，这份报告中还表明，全球半导体业之所以能保持高增长，集成电路IC芯片的高需求功不可没，给全球半导体业注入了新的活力。在最近三年里，三网融合的大趋势有力的推动着芯片业的发展。无论是在移动通信业，无线数据传输业，还是PC机芯片都有着良好的发展趋势。而缩小芯片体积和提高芯片性能是阻碍集成电路发展的两大重要因素，为了进一步缩小芯片体积，科学家们正在研制一系列的采用非硅材料制造的芯片，例如砷化镓，氮化镓等；另外芯片器件性能的提高也是重中之重，其中芯片器件可靠性是衡量其性能的重要指标，尤其是在航天，航海等军事方面尤为重要。 本综述报告讨论的就是对器件特性和可靠性的影响因素之一的热载流子效应及其应用。 二 正文主题 1　热载流子与热载流子效应 载流子和热载流子是半导体学中一个重要的概念，它影响着半导体器件的性能以及可靠性，尤其是其产生的热载流子效应更是左右我们半导体器件寿命的重要因素，所以首先先让我们了解一下他们的概念。 1.1载流子的概念 电流载体，称载流子。在物理学中，载流子指可以自由移动的带有电荷的物质微粒，如电子和离子。在物理学中，电子流失导致共价键上留下的空位（空穴引）被视为载流子。金属中为电子，半导体中有两种载流子即电子和空穴。在电场作用下能作定向运动的带电粒子。如半导体中的自由电子与空穴，导体中的自由电子，电解液中的正、负离子，放电气体中的离子等。在半导体中载运电流的带电粒子——电子和空穴,又称自由载流子。在一定温度下,半导体处于状态,半导体中的导电电子浓度n0和空穴浓度p0都保持一个稳定的数值,这种处于热平衡状态下的导电电子和空穴称为热平衡载流子。 　　当载流子从外界获得了很大能量时，即可成为热载流子。例如在强电场作用下，载流子沿着电场方向不断漂移，不断加速，即可获得很大的动能，从而可成为热载流子。对于半导体器件，当器件的特征尺寸很小时，即使在不很高的电压下，也可产生很强的电场，从而易于导致出现热载流子。因此，在小尺寸器件以及大规模集成电路中，容易出现热载流子。 热载流子又称高能载流子，产生于MOSFET漏端的大沟道电场，这个沟道电场会加速载流子，使其有效温度高于晶格的温度。这些热载流子通过声子发射的形式把能量传递给晶格，这会造成在SifSiO2界面处能键的断裂，热载流子也会注入到SiO2中而被俘获。键的断裂和被俘获的载流子会产生氧化层陷阱电荷和界面态，这会影响沟道载流子的迁移率和有效沟道势能。能量达到甚至超过SiO2一Si势垒(3．2eV)便会注入到SiO2中去，当能量等于或大于4．2eV时就会打断共价键而产生界面陷阱，这就是热载流子注入效应，它是超大规模集成电路的一个重要失效机理３。 而在半导体中，热载流子所表现出来的重要效应主要有两个方面其一是非线性的速度-电场关系：Si中的载流子在高电场时即呈现出漂移速度饱和现象，这就是由于热载流子发射光学波声子(约0.05eV)的结果。GaAs中的电子当被电场“加热”到能量kTe达到0.31eV时（Te是所谓热载流子温度），即从主能谷跃迁到次能谷，从而产生负阻现象。其二是碰撞电离效应：热电子与晶格碰撞、并打破价键，