考慮自熱效應的SOI MOSFET漏電流模型及熱阻研究.pdf

1、摘要I摘要摘要當今對集成電路高速、高集成度以及大信息存儲量的追求，使得MOS晶體管的特征尺寸持續(xù)不斷的縮小，同時也伴隨著不同結構和不同材料的出現(xiàn)。但是隨著晶體管特征尺寸的縮小和不同結構的出現(xiàn)，各種在常規(guī)長溝道MOS器件中可以忽略的效應在小尺寸器件中變得明顯，并顯著影響器件的性能。SOI技術是在體硅MOSFET襯底中引入一層厚度為100400nm的氧化硅，由于這層埋絕緣層的出現(xiàn)，減小了寄生源漏和襯底的結電容，允許器件的全部電介質隔離，從而

2、徹底消除了閂鎖效應。此外，采用這種材料制成的集成電路還具有集成密度高、速度快、工藝簡單、短溝道效應小及特別適用于低壓低功耗電路等優(yōu)點。因此，對深亞微米納米集成電路，SOI技術將成為具有相當競爭力的新技術。然而，因為SiO2的熱傳導率比硅的熱傳導率大約小100倍，埋氧化層成為溝道中熱流動的一個壁壘，所以SOIMOSFET的自熱效應(SelfHeatingEffect)比體硅晶體管的自熱效應更為嚴重，它可以顯著地影響SOI器件的可靠性、器件

3、電路運行、建模以及參數(shù)的提取，特別是跨導和電流密度隨著晶體管幾何尺寸的縮小而增加，自熱效應的影響已不容忽視。對大多數(shù)模擬應用，在電路運行中SHE效應會導致漏電流的顯著減小，極端情況下，SHE導致DCIV測量中負輸出導納。SOICMOS器件中自熱效應是一個非常重要的問題，因此對其表征和測量也是如此。本文第二章定量地分析了體硅MOSFET主要電學參數(shù)受溫度的影響，特別是載流子遷移率、閾值電壓以及漏端電流等主要性能都會由于溫度的升高而降低，這

4、將嚴重影響器件的特性。第三章，針對SOIMOSFET自熱效應，研究了如何在標準MOS器件上用純電測量法來獲得建模的臨界參數(shù)，以達到對器件自熱效應的表征和溫度的測量的目的。首先通過討論自熱效應對SOIMOSFET載流子遷移率、閾值電壓、飽和速度和漏電流等不同電學參數(shù)的影響，分析了電路水平的動態(tài)熱行為，研究了物理效應對MOSFET熱行為的貢獻；接著綜合考慮不同熱參數(shù)對SOIMOSFET漏端電流的影響，給出了考慮自熱效應的漏端電流近似模型；最