使用電荷幫浦技巧以研究金氧半電晶體因熱載子效應引致之性能退化

Abstract

本論文首次利用電荷幫浦技術(charge pumping technique)探討熱載子效應下的退化 ，以往一般人所用的探討方法是利用電流，電壓圖(Id-Vd,Id-Vg) 來解釋，但常常有 可能會被誤解，以致理論與實際無法切合，而電荷幫浦技術可以分別是由介面狀態密 度的改變，以及氧化層抓取電荷的量來討論。此外，這個方法可以計算介面狀態密度 ，以及求出介面狀態密度對能量的分 。 在我們的工作中，本論文對直流及交流作了完整性的探討，同時也含蓋了N 型與 P型 的金氧半電晶體的性能退化。在直流方面，我們發現汲極(drain) 端的電壓愈大，退 化愈明顯，且抓取正電荷的數目更顯著，相同的，閘極(gate)的電壓愈大，其電場愈 小，退化愈不明顯，導致正電荷的抓取愈少。在交流方面，我們推翻了目前別人所提 的理論包括閘極一導致一雜訊(gate-induced-noise)效應，以及其他等等，我們認為 抓取，反抓取(trap,dertap) 是主要原因，此外我們發現暫態時間愈短，其退化愈明 顯，抓取正電荷的數目愈多，這也是交流退化的主要原因。值得一提的是，我們發現 對於 N型的金氧半電晶體而言，介面狀態密度增加主要分佈是接近傳導帶，而非價帶 ，這對未來極具有研究的價值，因為這對分別介面狀態的型態極具貢獻，將來若能將 P 型也作一完整的歸納，那對於熱電子的結論將是極具助益的。除此之外，我們也比 較了 P型與 N型對於應力反應的結果，我們發現，其電子抓取的影響，對兩者而言， 都是導致退化的原因所在。