Gürsel DÜZENLİ, H. Hakan KUNTMAN

p-MOSFET' lerdeki sıcak taşıyıcı yorulmalarının modellenmesi

Bu çalışmanın amacı, sıcak taşıyıcılar nedeniyle p-MOSFET'lerde oluşan parametre yorulmaların analog uygulamalara uygun modellenmesidir. Tümdevre elemanların çalışmaları süresince sıcak taşıyıcıların neden olduğu elektronların tuzaklara yakalanma ve/veya tuzaklar oluşturma ve/veya yüzey tuzaklar oluşturması sonucunda oksit yükü ve tuzak yoğunluğu değişmektedir. Bu güne kadar sıcak taşıyıcıların oluşumu ve modellenmesi üzerinde çok sayıda çalışma bulunmaktadır. Fakat, bu araştırmaların tamamına yakını sayısal uygulamalar, için yapılmıştır. Analog uygulamalar, sayısal uygulamalara göre bir çok noktada farklılıklar göstermektedir. Önerilen model, sıcak taşıyıcı yorulma modelini ve ömür tahmin etme modelini, analog uygulamalarına uygun olarak, tek bir model olarak yeniden geliştirmiştir. Geliştirilen modelin simülasyon sonuçları, ölçüm sonuçları ile doğrulanmaktadır.

Modeling of hot-carrier degradation of p-MOSFET's

The focus of this paper is the modeling of parameter degradation reliability of p-MOS transistors due to the hot-carriers under analog operation. Hot-carrier failure cause can initiate the electron trapping/generation and/or interface trap creation mechanism leading to changes of oxide charge and trap densities during device operation. A lot of efforts have been devoted to study the mechanisms due to the hot-carrier and modeling the device degradation due to these effects. However, these modelings are often performed on digital applications. Analog applications differ from digital ones by a number of points. Analog circuit reliability prediction has to take analog circuit design variables such as channel length, biasing conditions, and circuit topography into consideration. In order to achieve highest possible speed, smallest area and smallest power consumption usually L=$L_{min}$ are chosen for digital applications. However, for nearly all-analog applications this choice is inadequate because analog circuits usually use long-channel devices, the influence of hot-carrier effects on analog circuit performance has been believed to be minimal and, as a result, has been mostly overlooked. Therefore, the most important device parameters in these two application fields do not coincide. The proposed model includes a hot-carrier degradation model and a lifetime prediction model as a single model suitable for analog applications. The accuracy of the presented models has been verified with experimental data.

PDF

___

De Wiele, F. V., (1984). On the Flat-Band voltage of MOS structures on nonuniformly doped substrates, Solid State Electron, 26, 824-826.
Doucet, G. ve De Wiele, F. V., (1973). Threshold voltage of nonuniformly doped MOS structures, Solid State Electron, 16, 417-423.
Düzenli, G. ve Kuntman, H., (2001). P-Mosfet'lerde Sıcak Taşıyıcıların Modellenmesi İçin Yeni Bir Yöntem, Elektrik-Elektronik-Bilgisayar Mühendisliği 9. Ulusal Kongresi Bildiri Kitabı, 355-358, Kocaeli.
Düzenli, G. ve Kuntman, H., (2002). The Basic of an Analytical Model Development for the P-MOS Transistor Degradation, 8th International Conference, Proceedings of OPTIM, 829-834, Braşov, Romania.
Groeseneken, G., (2001). Hot carrier degradation and ESD in submicron CMOS technologies: how do they interact?, IEEE Transaction on Device and Materials Reliability, 1, 23-32.
Jang, S. L., Tang, T. H., Chen, Y. S. ve Sheu, C. J. (1997). Modeling of hot carrier stressed characteristic of submicrometer pMOSFET, Solid State Electron, 7, 39, 1043-1049.
Jean, Y. S. ve Wu, C. Y. (1997). The threshold voltage model of mosfet devices with localized interface charge, IEEE Transaction on Electron. Device, 3, 44, 441-447.
Kaçar, F., Kuntman, A., Kuntman, H. ve Düzenli, G., (2000). Mosfet’lerde sıcak taşıyıcıların eşik gerilimine etkisinin modellenmesi için yeni bir yaklaşım, ELECO’2000, Bursa.
Macpherson, M. R., (1972). Threshold shift calculations for ion implanted MOS devices, Solid State Electron, 15, 1319-1326.
Thewes, R., Brox, M., Tempel, G., Weber, W. ve Goser, K., (1992). Hot-Carrier Degradation of p-MOSFET's in Analog Operation: The Relevance of the Channel-Length-Independent Drain Conductance Degradation, IEDM Technical Digester, 531-534.
Thewes, R. ve Weber, W., (1997). Effects of hot carrier degradation in analog CMOS circuits, Micro Electron Engineering, 36, 285-292.
Tsividis, Y., (1999). The MOS Transistor, 54pp, McGraw-Hill Press, USA.