隧穿场效应晶体管和InGaAs场效应晶体管的可靠性研究

摘要随着MOSFET尺寸的不断缩小，器件的功耗问题和可靠性问题成为制约集成电路发展的重要因素。为了降低集成电路的功耗，隧穿场效应晶体管(T℉ET)和InGaAs MOSFET成为了国际上的研究重点。与传统Si MOSFET比较，TFET的室温亚阈值摆幅可以突破60mV/decade的限制，InGaAs材料的电子迁移率大约比Si材料的电子迁移率高一个数量级。虽然国际上对T℉ET和InGaAsMOSFET已经做过很多研究工作，但是对上述器件的可靠性，国际上仍然缺乏了解。本论文针对n型TFET和InGaAs MOSFET的正偏压温度不稳定性(PositiveBias Temperature Instability或PBTI)和热载流子注入(Hot Carrier Injection或者HCI)展开研究，具体内容包括：(1)通过与传统nMOSFET的PBTI和HCI的比较，分析TFET在应力下退化的机理。(2)根据InGaAs nMOSFET的PBTI退化特性，提出一种陷阱模型，分析关态电流的退化原因。本论文工作的主要结果有：(1)对nTFET来说，在PBTI和HCI应力下，器件的退化比传统MOSFET严重。应力在隧穿结附近产生的界面陷阱和氧化层电荷能使隧穿电场减小，导致I:的退化。(2)如果nTFET的p源区与栅电极有交叠，那么在应力电压作用下，会在隧穿结附件出现一个垂直界面的电场峰，从而在隧穿结附近产生更多的界面陷阱和氧化层电荷，使Ia的退化加重。(3)TFET的HCI退化主要发生在源区附近。(4)对InGaAs nMOSFET来说，在PBTI应力下，在IV特性的亚阈值区，对于相同的I,△Vg是负值。但是在强反型区，△Vg是正值。在恢复阶段，在I,Vg特性的亚阈值区，△Vg会由负变正；在强反型区，△Vg会继续增大，最后达到一个稳定的值。(5)PBTI应力会在nGaAsnMOSFET中靠近AlO,/InGaAs界面的氧化层中产生陷阱。它由可恢复的施主型陷阱和不可恢复的受主型陷阱组成。施主型陷阱主要分布于InGaAs禁带中央附近，它的密度会随能量的升高而减小。受主陷阱主要分布于InGaAs的导带中，它的密度随着能量的降低而减小。(6)no.6sGao3 sAs nMOSFET的关态电流退化比Ino.s3Gao.47 As nMOSFET严重。本论文的工作和结果对TFET和InGaAs MOSFET的研究和开发具有重要的指导意义。