Predictive Hot-Carrier Modeling of n-Channel MOSFETs

Bina, M.; Tyaginov, Stanislav; Franco, J.; Rupp, Karl; Wimmer, Yannick; Osintsev, Dmitri; Kaczer, B.; Grasser, T.

doi:10.1109/ted.2014.2340575

Cited by 81 publications

(67 citation statements)

References 46 publications

(65 reference statements)

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…При этом бомбардировка производится несколькими " холодными" частицами, которые постепенно возбуждают связь, что в конечно итоге приводит к ее диссоциации. Для точного описания реакции разрыва связи необходимо рассматривать все возможные суперпозиции этих ме-ханизмов [13][14][15][16], что и было сделано в нашей модели деградации, вызываемой горячими носителями [15,17]. Модель также учитывает взаимодействие локального электрического поля F(x, t) с дипольным моментом связи Si−H [14,15].…”

Section: возможная схема возникновения дефектаunclassified

“…Такое взаимодействие приводит к уменьшению энергии разрыва связи. Из-за неупо-рядоченности интерфейса SiO 2 /Si эта энергия являет-ся флуктуирующей величиной и описывается нормаль-ным распределением, что также учитывается в моде-ли [14,15].…”

Section: возможная схема возникновения дефектаunclassified

“…Функции распределения затем используются для мо-делирования темпа (с −1 ) диссоциации связей горячими носителями [14,15]:…”

Section: роль энергетического распределения электроновunclassified

“…Самосогласованное моделирование транспорта носи-телей и кинетики генерации дефектов является весьма ресурсоемкой задачей, поэтому ранее в нашей модели набор ФР для разных координат x вычислялся только один раз для t = 0 [14,15,19]. В настоящей работе делается шаг вперед: оценивается влияние встраиваемых дефектов на функции распределения носителей.…”

Section: результаты расчетов в рамках модели и обсуждениеunclassified

See 3 more Smart Citations

Физические Основы Самосогласованного Моделирования Процессов Генерации Интерфейсных Состояний И Транспорта Горячих Носителей В Транзисторах На Базе Структур Металл-Диэлектрик-Кремний

Тягинов¹,

Makarov

Jech

et al. 2018

Физика И Техника Полупроводников

View full text Add to dashboard Cite

Впервые выполнено детальное моделирование деградации, вызываемой горячими носителями, основанное на самосогласованном рассмотрении транспорта носителей и генерации дефектов на границе раздела SiO 2 /Si. Данная модель апробирована с использованием деградационных данных, полученных в декананометровых n-канальных полевых транзисторах. Показано, что взаимное влияние двух указанных аспектов велико и их независимое моделирование влечет серьезные количественные ошибки. При вычислении функций распределения носителей по энергии учитывалась реальная зонная структура кремния и такие механизмы, как ударная ионизация, рассеяние на ионизованной примеси, а также электрон-фононные и электрон-электронные взаимодействия. На микроскопическом уровне генерация дефектов рассматривалась как су-перпозиция одночастичного и многочастичного механизмов разрыва связи Si−H. Очень важным прикладным аспектом данной работы является тот факт, что наша модель позволяет надежно оценивать ресурс работы транзистора, подверженного воздействию горячих носителей. ВведениеНа границе раздела диэлектрик/кремний полевого МДП транзистора (МДП -металл−диэлектрик−полу-проводник) всегда присутствуют поверхностные состоя-ния, которые могут формировать заряженные дефекты. Присутствие подобных дефектов приводит к локальным искажениям электростатики прибора, что проявляется, например, в сдвиге порогового напряжения полевого транзистора. Они также влияют на перенос электронов в приграничном индуцированном канале.Поверхностная концентрация ловушек (N it ) может меняться со временем в зависимости от условий ис-пользования транзистора. При этом эволюция плотно-сти N it определяет эволюцию (деградацию) характе-ристик прибора. Обычно в экспериментах по дегра-дации используются более высокие (по сравнению с рабочими) напряжения и температуры. Основная при-кладная задача заключается в прогнозировании ресурса прибора именно в рабочем режиме. Проблема состо-ит в том, что при переходе от " жестких" условий воздействия на прибор к более " мягким" рабочим на-пряжениям физические механизмы, ответственные за разрушение транзистора, могут полностью изменить-ся [1-3], тем самым делая взятую за основу фе-номенологическую/эмпирическую модель несостоятель-ной. Поэтому для адекватного моделирования процес-сов деградации необходимо понимание и точное описа-ние физических механизмов, соответствующих реально-му режиму.В ежегодно публикуемых прогнозах развития элек-тронной промышленности ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors) задача надежности функци-онирования полупроводниковых приборов декларирует-ся как проблема первостепенной важности [4]. При этом основной режим повреждения транзисторов новых поко-лений связан с деградацией подзатворного диэлектрика, вызываемой горячими носителями. Это подтверждается, скажем, недавними исследованиями компании Intel [5,6].Настоящая работа посвящена подробному физическо-му моделированию процессов формирования интерфейс-ных ловушек в МДП структуре, выполняемому сов-местно с моделированием изменений кинетики горячих электронов в тако...

show abstract

Section: возможная схема возникновения дефектаunclassified

Section: роль энергетического распределения электроновunclassified

Section: результаты расчетов в рамках модели и обсуждениеunclassified

See 2 more Smart Citations

Физические Основы Самосогласованного Моделирования Процессов Генерации Интерфейсных Состояний И Транспорта Горячих Носителей В Транзисторах На Базе Структур Металл-Диэлектрик-Кремний

Тягинов¹,

Makarov

Jech

et al. 2018

Физика И Техника Полупроводников

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…This generation is due to hot and cold carriers triggering singlecarrier and multiple-carrier dissociation mechanisms [5], [6], [7]. Thus, the key information needed for proper HCD modeling is the carrier energy distribution functions (DFs), which determine the rates of both aforementioned processes.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Physical modeling of hot-carrier degradation in nLDMOS transistors

Wimmer¹,

Tyaginov

Rudolf

et al. 2014

2014 IEEE International Integrated Reliability Workshop Final Report (IIRW)

View full text Add to dashboard Cite

Our physics-based HCD model has been validated using scaled CMOS transistors in our previous work. In this work we apply this model for the first time to a high-voltage nLDMOS device. For the calculation of the degrading behaviour the Boltzmann transport equation solver ViennaSHE is used which also requires high quality adaptive meshing. We discuss the influence of the different model components in the different device regions. Finally we compare the model to experimental degradation results and show that each one gives a significant contribution to the result and that all of them are needed in order to satisfactorily fit the experimental data. I. INTRODUCTIONThe LDMOS transistor is one of the most popular devices employed in mixed-signal integrated circuits and in highvoltage automotive applications [1]. Hot-carrier degradation (HCD) still remains one of the main reliability concerns in these devices [1], [2], [3], [4]. This makes a predictive physical model for HCD in LDMOS very attractive. At the same time, such a model is extremely challenging to develop because of the complexity of the HCD-phenomenon and the complicated topological structure of the LDMOS.In fact, the physical origin of HCD is related to the generation of traps at or near the Si/SiO 2 interface. This generation is due to hot and cold carriers triggering singlecarrier and multiple-carrier dissociation mechanisms [5], [6], [7]. Thus, the key information needed for proper HCD modeling is the carrier energy distribution functions (DFs), which determine the rates of both aforementioned processes. This information can be obtained from a solution of the Boltzmann transport equation (BTE) [5]. Such a solution is challenging even for planar CMOS devices with a simpler architecture and becomes extremely demanding for such devices as the LDMOS transistor. This device has a non-planar interface with a non-trivial distribution of the electric field near the bird's beak (see Figs. 1,3), where the impact ionization spot, and hence the hot-carrier degradation spot are located [3], [4].In this work we apply our physics-based HCD modelwhich has been validated using scaled CMOS transistors with a gate length as short as 65 nm [6], [7] -to represent the linear drain current change due to HCD in a high-voltage device, i.e. the nLDMOS, for the first time.

show abstract

Macroscopic Transport Models for Classical Device Simulation

Cervenka¹,

Kosik²,

Jech³

et al. 2022

Springer Handbook of Semiconductor Devices

View full text Add to dashboard Cite

Predictive Hot-Carrier Modeling of n-Channel MOSFETs

Cited by 81 publications

References 46 publications

Physical modeling of hot-carrier degradation in nLDMOS transistors

Macroscopic Transport Models for Classical Device Simulation

Contact Info

Product

Resources

About