بررسي و مدل‌سازي اثر ناپايداري در دماي بالا و باياس منفي (NBTI) و تزريق حامل‌هاي پرانرژي (HCI) در افزاره‌هاي چندگيتي نانومتري

Investigation and Modeling of Negative Bias Temperature Instability (NBTI) and Hot Carrier Injection (HCI) Induced Degradation in Multi-Gate Nano-Devices

در اين مقاله با استفاده از روش حل چندبعدي معادلات واكنش-نفوذ (R-D)، مدل‌هايي براي پديده ناپايداري در دماي بالا و باياس منفي (NBTI) در يك MOSFET سه گيتي كانال P و پديده تزريق حامل‌هاي پرانرژي (HCI) در يك افزاره FinFET سه گيتي توده كانال N ارايه مي شود. سپس نتايج حاصل از مدل با نتايج تجربي مقايسه شده و بستگي تغييرات توان زمان در مدل با ابعاد و شكل افزاره بررسي مي‌شود. نتايج به دست آمده در مقاله بيانگر اين است كه در افزاره هاي سه گيتي به علت ساختار افزاره و اثر گوشه هاي بدنه، توليد تله در اثر پديده هاي NBTI و HCI، نسبت به افزاره‌هاي MOSFET مسطح بيشتر و طول عمر افزاره كمتر مي باشد. همچنين در ادامه اثر بدنه شناور روي پديده NBTI در يك افزاره MOSFET دوگيتي با استفاده از روش حل يك بعدي معادله پواسون در ناحيه‌ي وارونگي مدل مي‌شود و با حالت وجود اتصال بدنه مقايسه مي‌شود. نتايج حاصل با استفاده از روش حل عددي FDM تاييد مي‌شود و نتايج حاصل بيانگر اين است كه به علت تجمع الكترون هاي حاصل از توليد تله ها در اثر پديده NBTI در بدنه شناور و اثر اين الكترون ها در كاهش ميدان اكسيد، اثر اين پديده‌ در افزاره هاي داراي بدنه شناور كم شده و طول عمر افزاره افزايش مي‌يابد.

In this paper, 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. 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 addition, 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) Poissonʹs equation considering NBTI effect, in inversion region for different stress voltages and different device body thicknesses. The accuracy of the model is verified by the finite difference method (FDM). 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.