6 Unterdrückung heißer Ladungsträger bei einem Hochvolt-CMOS-Prozeß



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6 Unterdrückung heißer Ladungsträger bei einem Hochvolt-CMOS-Prozeß

 

DIE Probleme im Zusammenhang mit heißen Ladungsträgern sind als die wichtigsten Einschränkungen für die zulässige Versorgungsspannung und Verkleinerung von Feldeffekttransistoren bekannt. Unter heißen Ladungsträgern versteht man Ladungsträger, deren Energie einige (mit der Boltzmannkonstante und der Temperatur des Kristallgitters) über dem Fermi-Niveau liegt [Sze90]. Diese Ladungsträger sind nicht im thermischen Gleichgewicht mit dem Gitter. Ihrer höheren Energie entspricht eine höhere Temperatur, daher bezeichnet man sie als ,,heiße`` Ladungsträger.

Heiße Ladungsträger entstehen im MOSFET durch die hohe elektrische Feldstärke in der Drain-Kanal-Region und generieren Ladungsträgerpaare durch Stoßionisation. Die Injektion heißer Ladungsträger in das Gate-Oxid verändert die elektrischen Eigenschaften des Bauelements (Threshold-Spannung, Steilheit, Sättigungs-Drainstrom) während des Betriebs; das Gate-Oxid degradiert. Der Substratstrom, der aus der Ladungsträgergeneration durch Stoßionisation gespeist wird, kann den parasitären Bipolartransistor Source-Substrat-Drain aufsteuern und das Zusammenbrechen der Drain-Source-Spannung bewirken (,,snap-back``). In komplementären MOS-Technologien (CMOS) kann der Substratstrom die parasitäre Thyristor-Struktur, gebildet aus -MOS-Drain, -Wanne, -Wanne und -MOS-Source, zum Zünden bringen (,,latch up``) und damit die Schaltung gefährden.

Daher befassen sich viele Arbeiten über Feldeffekttransistoren mit der Unterdrückung heißer Ladungsträger. Es wird dabei vornehmlich die Struktur und Dopandenverteilung der Drain-Region diskutiert, woraus sich die Klassifizierung ,,Drain Engineering`` für diesen Abschnitt der MOSFET-Entwicklung ableitet.





Martin Stiftinger
Mon Oct 17 21:16:53 MET 1994