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熱載子注入

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熱載子注入(英語:Hot carrier injection, HCI)是固態電子元件中發生一個現象,當電子電洞獲得足夠的動能後,它們就能夠突破勢壘的約束。這裏「熱」這個術語是指用來對載子密度進行建模的有效溫度,而非元件本身的溫度。由於載子被束縛在金屬氧化物半導體場效電晶體的閘極電介質層中,電晶體的開關性能可以被永久地改變,熱載子注入是一種可能對半導體元件可靠性產生負面影響的機制[1]


熱載子效應的原理:當 MOSFET 的通道長 L 很小時,也就是 short-channel(短通道)元件。

此時,靠近 Drain 端的橫向電場 E ≒ Vds/L 會是很大。

MOSFET 的通道載子,NMOS 的電子或 PMOS 的電洞,從 Source 端跑向 Drain 端時,受到上述橫向電場 E 的作用而獲得能量,稱為熱載子 (Hot carrier)。

熱載子所獲得能量如果夠大,將產生碰撞游離 (impact ionization),就會生成很多的電子-電洞對 (electron-hole pair)。

這些電子-電洞對,有些會受到Gate端電壓的吸引,而跑入閘極氧化層裏,變成陷井電荷 (trapped charge) 或固定電荷 (fixed charge),或是打斷氧化層/矽界面上的鍵結,形成界面態 (interface states); 有些是會跑入基板 (substrate) 端,構成 substrate 電流。

種種上面提到的結果,都會對MOSFET元件的可靠度特性產生影響,降低其使用的壽命。[2]

參考文獻

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

外部連結