Dx陷阱中心對高電子移動率電晶體元件與電路之暫態效應與可靠性研究

Abstract

本論文發展了一個混合形式的模擬方法，用以分析由於Dx陷阱中心存在於高電子移動 率電晶體中，所造成元件與電路的異常暫態現象。在元件方面，我們不僅模擬了其可 能受Dx陷阱中心引發的汲極電流暫態效應與臨限電壓的變動，且在不同的操作頻率下 討論元件的電性，最後比較暫態與穩態時元件特性的差異。在電路方面，首先我們研 究目前廣泛使用的直接耦合反相器邏輯電路，模擬反相器輸出波形的變化，並研究Dx 陷阱中心所造成輸入、輸出電壓轉換函數的移動，且對不同的鋁莫爾比例作比較，最 後我們提出了源極耦合反相器邏輯電路與直接耦合反相器邏輯電路作比較。對於所採 用的物理模型，包括了求解Dx陷入率方程式與精確的電荷控制方程式（求解薛丁格與 波松方程式），並以簡單的格列伯尼－－甘地二區模型來計算電流、電壓特性。對於 電路模擬，是藉由節點方程式以連接組成元件，在模擬過程中，所有元件方程式與電 路方程式將被交替求解。 我們的模擬結果指出：在高電子移動率電晶體元件所構成的一長串直接耦合反相器邏 輯電路中，由於Dx陷阱中心造成的輸入、輸出電壓轉換函數的移動，影響了電路輸出 波形的變化。我們並由比較直接耦合與源極耦合反相器邏輯電路的結果發現，源極耦 合反相器由於其特殊的操作原理，將可減低由Dx陷阱中心所引起的暫態效應，此對於 未來高電子移動率電晶體技術的發展，可提供一新的研究方向。