交流工作下金氧半電晶體熱電子效應的暫態模擬與模式

Abstract

短通道的金氧半電晶體熱電子效應在超大型積體電路電路的技術上非常重要。本文提 供了一套可靠性電路模擬器 －Hot Spice，它係由修改SPICE 程式而得，可用以評估 熱電子引起的退化效應及預測元件在電路中的壽命。首先，我們發展一組具有一致性 的汲極和基片電流模式，並放入SPICE 中，來計算 LDD金氧半電晶體在各種端電壓下 的電流值。根據電晶體的幾何結構，還修改了等效電路模式，以增加一個新的節點及 電流源來表示基板電流並平衡各節點電流。對於元件退化模式，我們提出一電流－電 壓特性的參數漂移模式，元件退化後的電流可由參數漂移的大小準確計算。此參數為 通道長度及閘－汲極偏壓的函數，換言之，參數漂移的程度與偏壓大小有關，偏壓則 隨時間變化。所有相關的模式參數皆可由加壓前、後的電流特性中自動擷取之。交流 工作下的加壓模式與直流工作有極大的不同，元件產生的退化量可以利用準靜態方式 ，取得直流加壓的衰減資料，來預估交流作用的熱電子效應。然而準靜態方式無法模 擬暫態所引起的加速退化行為。因此我們選用修正的準靜態方式來模擬元件行為及在 動態時的衰減量。這些引起加速退化的因子，可以視為下降、上升時間、有效工作時 間比和頻率和函數，且可由實驗及模擬求得。經由實驗及模式結構的比較，證實修正 後的準靜態方式比以往的模式更準確、可靠，及更大的應用範圍。