عنوان پایان‌نامه
بررسی و مدلسازی چالشهای مربوط به قابلیت اطمینان افزاره های نانومتری
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-الکترونیک- تکنولوژی نیمه هادی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه دانشکده برق و کامپیوتر شماره ثبت: E1551;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 40783
- تاریخ دفاع
- ۰۳ اسفند ۱۳۸۷
- دانشجو
- نیره قبادی
- استاد راهنما
- ابراهیم اصل سلیمانی, علی افضلی کوشا
- چکیده
- با پیشرفت تکنولوژی و کوچک‌تر شدن ابعاد ترانزیستورها به خصوص عرض دی الکتریک گیت، چالشهای متعدد و جدیدی در ارتباط با قابلیت اطمینان افزاره¬¬ها و مدارات در ابعاد نانومتری مطرح شده است. از جمله مهمترین این چالش‌ها اثر ناپایداری در دمای بالا و بایاس منفی (NBTI) در افزاره‌های کانال P و اثر تزریق حامل‌های پرانرژی (HCI) در افزاره‌های کانال N می‌باشد که سبب تولید تله در فصل مشترک سیلیکون و اکسید و تغییر پارامترهای مهم افزاره مانند ولتاژ آستانه و جریان کاری و کاهش کارایی افزاره¬ها و مدارات در ابعاد نانومتری می شوند. از آن جایی که افزایش کارآیی از مهمترین اهداف کوچک کردن اندازه ترانزیستورها می باشد، بررسی و مدل سازی این پدیده‌های مربوط به قابلیت اطمینان افزاره¬ها از مهمترین چالش‌ها و نیازهای تکنولوژی نانو محسوب می شود. از این‌رو و به علت اهمیت بسیار این پدیده¬ها، این پایان¬نامه به بررسی و مدل¬سازی آن‌ها اختصاص یافته است. در این پایان¬نامه ابتدا به بررسی مکانیزم فیزیکی پدیده¬های NBTI و HCI و عوامل مؤثر روی این پدیده¬ها می‌پردازیم و مدل واکنش-نفوذ (R-D) که بهترین مدل توصیف¬کننده¬ی این پدیده¬ها است را شرح می‌دهیم. سپس به مدلسازی اثر NBTI در افزاره¬های MOSFET سه گیتی می‌پردازیم. در ادامه پایان¬نامه، اثر HCI در یک افزاره FinFET سه گیتی توده بررسی و مدلسازی می¬شود و در انتها اثر بدنه شناور روی پدیده NBTI در یک افزاره دوگیتی مدل می‌شود و با حالت وجود اتصال بدنه مقایسه می‌شود. نتایج به دست آمده در پایان¬نامه بیانگر این است که در افزاره¬های سه گیتی به علت ساختار افزاره و اثر گوشه¬های بدنه، تولید تله در اثر پدیده¬های NBTI و HCI، نسبت به افزاره‌های MOSFET مسطح بیشتر و طول عمر افزاره کمتر می¬باشد. همچنین به علت تجمع الکترون¬های حاصل از تولید تله¬ها در اثر پدیده NBTI در بدنه شناور و اثر این الکترون¬ها در کاهش میدان اکسید، اثر این پدیده در افزاره¬های دارای بدنه شناور کم شده و طول عمر افزاره افزایش می‌یابد.
- Abstract
- Abstract Aggressive scaling of device geometries gives rise to serious degradation mechanisms such as Negative Bias Temperature Instability (NBTI) in P-channel devices and Hot Carrier Injection (HCI) in N-channel devices. Reliability phenomena lead to trap generation at the Si/Oxide interface and as a result degradation of the most important transistor parameters such as threshold voltage, saturation current and the performance of the nanoscale devices and circuits. Since the improvement of device and circuit performance is the main target in Nanotechnology, investigation and modeling of these reliability issues such as NBTI and HCI is essential and highly useful. In this thesis, after the introductory section, the NBTI and HCI degradation mechanism are studied and the Reaction-diffusion framework which is the best model for describing the trap generation during reliability phenomena is investigated. Then analytical models for NBTI induced degradation in a P-channel triple gate MOSFET and HCI induced degradation in an N-channel bulk FinFET are presented, through solving the Reaction-Diffusion equations multi-dimensionally considering geometry dependence of this framework of equations. Also substrate current of the Bulk FinFET device is modeled which uses a simple analytical approximation of the ionization length near the drain, which in turn is based on a calculation of the electric field distribution near the drain region. The new models are compared to measurement data and gives excellent results. The results interpret accurately the geometry dependence of the time exponent of NBTI and HCI degradations in these device structures. In the next chapter, the floating-body effect on NBTI phenomenon in an undoped double-gate (DG) MOSFETs is modeled and investigated by solving the one-dimensional (1-D) Poisson's equation considering NBTI effect, in inversion region for different stress voltages and different device body thicknesses. These results show that in FB devices, accumulation of NBTI generated electrons in the device body brings about reduction of the body potential and the oxide field. Therefore the interface trap generation rate in FB devices decreases which leads to smaller amount of interface traps and degradation in these devices compared to BT devices.
