PDF《！＂的高温特性分析 ！》

! 的高温特性分析! 徐静平! 李春霞 吴海平 (华中科技大学电子科学与技术系,武汉 #$$% ) (&

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日收到;

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$$ 年($ 月)日收到修改稿) 通过考虑迁移率和阈值电压随温度的变化关系, 模拟分析了 01,234 高温下的电学特性, 模拟结果与 实验有较好的符合5并进一步讨论了主要结构参数和工艺参数对高温电特性的影响及其最佳取值5 关键词:/+01,234, *+,-.

,迁移率,阈值电压 6,%#)$7 ! 国家自然科学基金项目 (批准号: 资助的课题5 ! 3+89-::;

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5 E/ (F 引言,-. 作为新一代微电子器件和集成电路的半导 体材料具有良好的特性, 例如, 禁带宽度大, 击穿场 强高, 热导率大, 饱和漂移速度高等优点, 使其在高 温, 高频, 大功率等领域有着广泛的应用前景5 随着 ,-. 01,234 制备工艺的发展, 有关 ,-. 01,234 电 特性的建模和模拟研究也取得一定的进展5 例如, 7-/CG-B@ 等人 [(] 根据 ,HI.3 模型, 通过拟合实验数据 得到了 ,-. 01,234 电流模型, 但该模型只考虑了室 温的情况;

在文献 [&

― ] 中采用数值解法模拟常温 下,-. 01,234 电流电压变化关系, 这种方法的优点 是模拟结果精确, 但计算量大, 耗用时间长, 不适宜 作为集成电路中的器件模型, 且仅是常温下电特性 模拟;

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JJ989/ [K] 等人提出的模型考虑了 ,-. 01,234 随温度的变化情况, 但其中迁移率取一固 定值, 这与实验情况不相符 [), %] 5为了较好地反映 ,-. 01,234 电特性随温度的变化, 本文采用 01,234 的分区电流电压模型, 通过考虑反型沟道电子迁移 率和阈值电压随温度的变化, 模拟了不同温度下 01,234 电流电压变化曲线, 并在此基础 上分析了主要结构参数和工艺参数对器件高温电特 性的影响5 &

F 迁移率和阈值电压的温度关系 大量实验研究和模拟结果表明 *+,-. 01,234 在高温下有良好的电学特性 [%, '

] ,与,- 01,234 有 相似的变化趋势, 其漏源电流可表示为: 线性区: !L M! #N= $ %O, P %B@ P ( &

% ( ) L, %L, (%L, Q(%O, P %B@) ) , (() 饱和区: !L (A9B) M! #N= &

$ (%O, P %B@) &

(%L, (%O, P %B@) ) , (&

) 式中! 为反型沟道电子迁移率, $ 为沟道长度, 为沟道宽度, #N=为单位面积栅氧化层电容, %B@ 为阈 值电压, %L, 为漏源电压, %O, 为栅源电压5 分析 (() , (&

) 式可知, 电流与温度的关系主要体 现在迁移率! 和阈值电压 %B@ 随温度的变化5下面将 分别讨论5 /010 迁移率随温度的变化 01,234 反型沟道电子迁移率受到诸 多因素的影响, 典型的散射机制有体晶格散射!R, 表面粗糙度散射!AS , 表面声子散射! % 4B C( D1BB) !B0E F=2 D (G・,)

0 (E) !=?@―光学声子散射为主要散射机制时本征 6(7 中的电子迁移率, !=?@ %

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D5 , (!!) 式中, ! &

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* !*$ ( FB + ,0 , (!C) )++ * )0-

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, (!G) !)?为平带电压, + 为衬底自由空穴浓度, 在高温下 近似认为杂质全部电离, +$ &

E ;

,0 为G(H&

08 本征 载流子浓度'

(!!) 式中, 与温度有关的量主要是&

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和)0- , 其中 )0- 随温度的变化关系如 (##) 式所示, 下 面对费米势随温度变化进行分析'

从(!C) 式知&

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除与温度 $ 直接有关外, 与本 征载流子浓度 ,0 也密切相关'