瞬時動態大信號的C-V 特性測量

Abstract

我們成功地利用一個簡單的電路來研究金氧半電容在灌（stress）固定電流下，其瞬 間電容對電壓曲線（c-v curve） 的特性。在這個電路裡，使用了一些簡單的電子零 件，包括差動放大器、二極體、電容及電阻。但是配合上信號產生器、示波器及電流 源，便構成了一個瞬時動態大信號的電容對電壓曲線的測量系統。利用這個系統，便 可對待測電容灌電流及電容對電壓曲線。而且因為灌電流及測量都不曾移動待測電容 而祇是改變信號產生器的輸入波形，故在灌電流時，電容中二氧化矽層發生的變化可 被瞬間測量得到。而傳統的測量方法則是在灌電流及測量中間有所延遲，因此無法得 到灌電流後二氧化矽的真正變化。 在這篇論文裡，我們研究用鋁及複晶矽作極板的氧化矽及氮化矽的金氧半電容對電壓 曲線特性。我們的瞬時測量系統及傳統的測量方法同時被用來量電容對電壓曲線作為 比較。結果發現，瞬時測量的曲線與傳統方法量得的有明顯不同。而且，以鋁作極板 的金氧半電容在灌流之後，有大量的介面能態（interface state） 產生。而複晶矽 作極板者，則有電荷陷在二氧化矽內。當我們故意把氧化矽灌電流崩潰（breakdwon ）時，發現在崩潰瞬間電流劇增，隨即降至外加電流值，而崩潰前所記錄的電容對電 壓曲線並無特殊變化。顯示崩潰的過程是如此地快速，以致於連我們瞬時的測量系統 也無法看到在崩潰過程氧化層的變化。我們亦利用不同變化率測量信號來研究氧化矽 與本體矽介面能態對時間的嚮應。發現它們是一種慢的能態（slow state）。 最後，我們探討二氧化矽氮化以後電容對電壓曲線的特性。發現以鋁作極板的二氧化 化矽氧化後，其矽與二氧化矽間的介面改善了，灌電流後不再有介面能態產生。但代 之而起的，卻是大量的電子會陷在氮化後的二氧化矽內，並促使它加快崩潰。