动态电应力下n型多晶硅薄膜晶体管的退化研究

摘要

本论文主要研究了n型多晶硅薄膜晶体管在动态电应力下的器件退化。主要包括栅漏端同步脉冲应力下的器件退化特性与机制研究、漏端动态电应力下器件退化特性与机制研究和栅直流偏置下漏端动态电应力带来的器件退化特性与机制研究。
　　 1)栅漏端同步脉冲应力下的器件退化
　　 器件开态电流在低频同步脉冲应力条件下的退化主要由自加热效应主导,并且此时的自加热效应和脉冲的有效高电平时间相关；而在高频同步脉冲应力条件下,开态电流退化主要由动态热载流子效应主导,并且此时的动态热载流子效应和脉冲转变时间相关。器件关态电流的退化主要由动态热载流子效应主导并且和频率无关。第一次发现动态热载流子效应和脉冲下降沿时间无关而和上升沿时间相关。越快的上升沿带来越大的器件退化。在脉冲上升沿期间,在漏端耗尽区中,从源端渡越到漏端的载流子暴露在由栅脉冲调制的耦合电场下获得能量从而形成热载流子,造成器件退化。然而在脉冲下降沿期间,热载流子效应被自加热效应屏蔽。在同步应力下,器件饱和被证实为是动态热载流子效应发生的必须条件。我们所提出的器件退化模型也被不同的实验设计所验证。
　　 2)漏端动态电应力下的器件退化
　　 第一次发现在多晶硅薄膜晶体中,漏端脉冲应力可以引发器件退化。通过分析转移和输出曲线的退化特性、器件退化的温度依赖关系和器件退化与器件沟道长度依赖关系得知动态热载流子效应为主导器件退化的主要因素。并且漏端脉冲应力引发的动态热载流子退化只会发生在特定高的脉冲幅度应力条件下。器件退化与脉冲下降沿无关却和脉冲上升沿相关。越快的脉冲上升沿带来越大的器件退化。基于实验和模拟的结果,我们首次提出了考虑陷阱态发射和俘获的非平衡态PN结退化模型。并且所提出的器件退化模型也被不同的实验设计所验证。
　　 3)栅直流偏置下漏端动态电应力带来的器件退化
　　 第一次发现在固定漏端脉冲应力的条件下,越小的直流栅应力带来越大的器件的退化。对于正的直流栅应力,器件退化存在两阶段的特性。对于第一阶段退化,器件主要可能发生了直流效应退化；而对于第二阶段退化,与脉冲上升沿相关的动态热载流子主导了器件的退化。器件的开态电流退化和关态电流退化有着很好的对应关系。基于实验和模拟的结果,非平衡态PN结退化模型被修正和改善。