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热载流子注入

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热载流子注入(英语:Hot carrier injection, HCI)是固态电子器件中发生一个现象,当电子空穴获得足够的动能后,它们就能够突破势垒的约束。这里“热”这个术语是指用来对载流子密度进行建模的有效温度,而非器件本身的温度。由于载流子被束缚在金属氧化物半导体场效应管的栅极电介质层中,晶体管的开关性能可以被永久地改变,热载流子注入是一种可能对半导体器件可靠性产生负面影响的机制[1]


热载流子效应的原理:当 MOSFET 的沟道长 L 很小时,也就是 short-channel(短沟道)器件。

此时,靠近 Drain 端的横向电场 E ≒ Vds/L 会是很大。

MOSFET 的沟道载流子,NMOS 的电子或 PMOS 的空穴,从 Source 端跑向 Drain 端时,受到上述横向电场 E 的作用而获得能量,称为热载流子 (Hot carrier)。

热载流子所获得能量如果够大,将产生碰撞游离 (impact ionization),就会生成很多的电子-空穴对 (electron-hole pair)。

这些电子-空穴对,有些会受到Gate端电压的吸引,而跑入栅极氧化层里,变成陷井电荷 (trapped charge) 或固定电荷 (fixed charge),或是打断氧化层/硅界面上的键结,形成界面态 (interface states); 有些是会跑入衬底 (substrate) 端,构成 substrate 电流。

种种上面提到的结果,都会对MOSFET器件的可靠度特性产生影响,降低其使用的寿命。[2]

参考文献

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  1. ^ JOhn Keane, Chris H. Kim. Transistor Aging. IEEE Spectrum. 2011-05 [2012-10-04]. (原始内容存档于2019-01-26). 
  2. ^ 存档副本. [2022-01-12]. (原始内容存档于2018-06-12). 

外部链接

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