薄絕緣閘層場效電晶體特性之研究

Abstract

本文中我們對厚度在一百埃以下（最薄達至十九埃）之薄氧化層金氧半場效電晶體的 電性做仔細研究與探討，其中包括輸出特性、線性轉換互導及起始電壓。我們用古典 二維通道電荷模型去分析電流–電壓特性，線性轉換互導及求出等效載子移動北，並 與傳統之理論假設做比較。同時我們使用三種方法萃取起始電壓，其中較準確的方法 被提出。由實驗結果顯示，當氧化層薄至一百埃以下時，線性轉換互導有隨著厚度愈 薄而退化更嚴重的現象。其原因除有限反轉層電容與受電場影響之載子移動率外，我 們由方程式導出通道電荷本身也是影響因素之一。文中也探討反轉層電容與載子移動 率在不同氧化層厚度下的變化情形。 閘極–通道電容受兩個因素影響使其隨著氧化層厚度愈薄而愈小於氧化層電容，其一 是氧化層電容因厚度的愈薄而使其大至可與反轉層電容相匹配，另一是氧化層的漏電 使反轉層電容在強力反轉時隨電壓的增大而降低。 在高橫向電場時，等效載子移動率與氧化層厚度無關；但是在低橫向電場時，由於半 導體與氧化層間介面的粗糙度和陷阱密度的影響，使得等效載子移動率與氧化層厚度 有關。 當氧化層厚度薄至十九埃時，金氧半電晶體的電性因氧化層的嚴重漏電使得其輸出特 性，線性轉換互導與載子移動率均程嚴重退化。