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1、MOSFET Basic Characterization(MOS晶体管基本特性表征),Wenyu Gao2008/04/18,MOSFET的特性曲线与特征参数短沟效应(SCE & RSCE) 窄沟效应(NWE & RNWE)与STI寄生晶体管,C-V 特性曲线,N-type, P-type; majority-carrier(多子), minority-carrier(少子).Accumulation(积累), depletion(耗尽), inversion(反型)。,N+ poly,PW,e,e,e,+,h,h,h,NMOSFET,NMOS Capacitor,C-V 特性曲线-cont
2、1,Poly 等效厚度与其掺杂浓度有关，一般10A；反型层等效厚度8A；,Teq = Tox + Tpoly + Tinv,C-V 特性曲线-cont2,栅介质厚度对积累区和反型区电容都有影响；氧化物电荷Qf会造成CV平移； Poly depletion仅对反型区电容有影响;Vg=+/- Vdd常作为WAT的监控点，测量等效电学厚度Teq 和 Tox。,5V NMOSFET TCAD data,I-V 特性曲线,MOSFET最主要的特性曲线为Id-Vg, Id-Vd曲线. 特别是Id-Vg;,线性区(萨氏方程)：,饱和区：,Ron = Rch (Vgs=Vdd),Ion = Idsat (Vg
3、s=Vdd),Ion,Idlin,0.15um LV,W/L=10/10,亚阈特性曲线,亚阈摆幅S和Vt0(或Vt1)是影响MOS管漏电的二个重要参数, S越小越好, 室温下一般为7090 mV/dec;体因子一般越小越好;,亚阈区：,亚阈摆幅(Sub-threshold Swing)：,0.15um LV,W/L=10/10,短沟MOSFET电流方程,影响短沟管Idsat的因素有：Leff，Vth，eff，sat, Rs ，Cinv(Teq)。,饱和区：,考虑Rs/Rd效应时：,短沟MOSFET I-V 特性曲线,沟道越短，DIBL越大；DIBL有时会表现为亚阈摆幅增大, 即增加Ioff;D
4、IBL会降低输出电阻, 使器件用于模拟电路特性变差, 用于数字电路速度下降., = |Vt1 Vt2| / |Vdd-0.1|,DIBL (drain induced barrier low)：,0.15um LV,W/L=10/0.15,Ioff-Ion 特性曲线,深亚微米技术改进的一个重要标志是Ioff-Ids曲线右下方向移动,即较大的Ion下Ioff较低. 亚阈摆幅降低, 迁移率提高, Teq降低等都会改善此特性.,IEDM2000,NEC,Shinya Ito, et al.,0.15um LV,BVoff, Bvon, Ibmax, Igmax,Ibmax 是同NMOS HCI 寿命
5、密切相关， 1/(Ibmax)35 ; Igmax 则同PMOS HCI 寿命密切相关. 器件优化阶段必须考虑, 至少不大于目标值.Bvon 和 Bvoff 也是器件基本电学参数.,5V PMOSFET,HV NMOS TCAD data,MOSFET的特性曲线与特征参数短沟效应(SCE & RSCE) 窄沟效应(NWE & RNWE)与STI寄生晶体管,短沟效应 (SCE & RSCE),RSCE(reverse short channel effects)Vth随沟道缩短而增加;Vth(L=10um)-Vtmax 越小越好，使所有Lmin器件便于电路设计；机理是Pocket注入和B横向扩散
6、。SCEVth随沟道缩短而变小；机理是SDE pn结自建电场引起的耗尽层；SDE 越深，SCE越严重；一般要求Vth(Lrule-1)/Vth(Lrule) 90%。,CD ctrl 与短沟效应,SCE越小、CD ctrl越好，Lg(nom)就可以越小，Idsat就可以更大。练习：一个产品的电路设计时器件尺寸选在Lg(nom)(绿园圈所示), 红线工艺和黑线工艺比较，CD ctrl一定，产品有何优点？蓝线工艺和红线工艺比较， CD ctrl一定，产品有何优点？,Ioff限定时: Lg(nom) = Lg(min)+CD ctrl,MOSFET的特性曲线与特征参数短沟效应(SCE & RSCE) 窄沟效应(NWE & RNWE),NWE & RNWE,NWE 主要是针对LOCOS隔离器件而言，原因是Bird beak 下面栅氧较厚，掺杂较重。RNWE是对STI隔离器件(特别是NMOS)而言，主要原因是STI corner电场增强。 Vth(Wmin)/Vth(W=10) ?,STI Parasitic Transistor,除了RNWE, STI 寄生管还会引起“double hump”效应，继而引起Ioff增加;Double hump在衬底加压和高温下更加明显。,谢谢各位！请批评指正,
