矽質金氧半電晶體熱電子效應之研究

Abstract

次微米元件熱電子所產生之基極電流，閘極電流與與輻射現象，對於元件可靠性有顯 著之影響。在本論文中，為了瞭解和解決熱電子效應所產生的問題，我們已發展出一 個包含製程模擬，元件模擬與熱電子模式的整合模擬系統。這個系統包含兩種計算基 極電流的方法，分別是傳統模擬法與蒙地卡羅模擬法，每一種方法均有基特點，並代 表不同的熱電子理論層次，第一種方法利用二維製程和元件模擬程式，計算金氧半電 晶體內之電場分佈，再根據電場和衝擊游離率之關係計算元件中之基極電流；第二種 方法將傳統模擬法與蒙地卡羅結合，先利用二維元件數值模擬，求得元件中電場分佈 ，再根據電場大小，決定一熱電子效應較為顯著之區域，在此區域內，吾人進行二維 蒙地卡羅模擬，直接計算熱電子之能量分佈和衝擊游離率，然後據此計算出元件中之 基極電流。上述兩種方法，在本論文中均已完成，所得結果中，有部份特色顯著不同 ，吾人將在此論文中詳細敘述。兩種方法所模擬的結果均將與實驗比對，以證明這套 系統的可行性。經由這個整合模擬系統，我們將有系統地比較不同結構矽質金氧半電 晶體中的熱電子效應。 另外，本論文提出了一個以共軛－梯度法為基礎的方法來調整製程模擬與元件模擬中 的參數，以期模擬結果能與實驗值更為吻合。直流，交流與熱電子特性對於製程與元 件參數的靈敏度分析也將在本文中提及。共軛－梯度法亦將用於求取元件製程與結構 設計之最佳化。