Природа флуктуаційних процесів у сучасних польових транзисторах

Размещено на http://www.allbest.ru/

ІНСТИТУТ ФІЗИКИ НАПІВПРОВІДНИКІВ ім. В.Є. ЛАШКАРЬОВА

НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук

ПРИРОДА ФЛУКТУАЦІЙНИХ ПРОЦЕСІВ У СУЧАСНИХ ПОЛЬОВИХ ТРАНЗИСТОРАХ

КУДІНА ВАЛЕРІЯ МИКОЛАЇВНА

УДК 621.382.32

01.04.10 - фізика напівпровідників і діелектриків

Київ - 2011

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова Національної академії наук України

Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук, професор

Лук'янчикова Наталія Борисівна,

Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова

НАН України, головний науковий співробітник.

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор

член-кореспондент Національної академії наук України

Лисенко Володимир Сергійович

Інститут фізики напівпровідників НАН України, завідувач відділу;

кандидат фізико-математичних наук,

старший науковий співробітник

Петричук Михайло Васильович

Київський національний університет ім. Т. Шевченка, радіофізичний факультет, докторант.

Захист відбудеться 28 жовтня 2011 р. о 1415 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.199.02 при Інституті фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України за адресою: 03028, м. Київ, проспект Науки, 45.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України за адресою: 03028, м. Київ, проспект Науки, 45.

Автореферат розісланий вересня 2011 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

доктор фізико-математичних наук В.Я. Братусь

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

флуктуаційний транзистор шум

Актуальність теми. Необхідність мікромініатюризації польових транзисторів зумовила активний розвиток технології кремній-на-ізоляторі (КНІ), яка завдяки визначним характеристикам приладів на її основі наразі є беззаперечним лідером електронної промисловості.

Однак особливості фізичних процесів, що виникають у КНІ приладах через мікромініатюризацію, створюють перепони на шляху подальшого розвитку КНІ технології. Так, зменшення товщини затворного оксиду призвело до зростання струмів утікання крізь нього. Наразі ця проблема вирішується шляхом використання затворних стеків проміжний шар/діелектрик з високим значенням діелектричної проникності (high-k діелектрик), що дозволяє збільшити фізичну товщину затворного оксиду, не змінюючи його ємність. З іншого боку, наявність high-k діелектрика у затворному стеку зменшує рухливість носіїв в приповерхневому каналі транзистора. Цю проблему було вирішено через застосування напруження в каналі КНІ транзисторів.

Слід зазначити, що такі технологічні нововведення призводять до формування в структурі КНІ транзистора нових джерел і механізмів утворення шуму. Ситуація ускладнюється при переході від планарних КНІ приладів до тривимірних аналогів - finFET-структур, в яких протікання струму відбувається у двох кристалографічних площинах.

Окремо стоїть питання дослідження ефектів плаваючої бази у КНІ finFET'ах, що зумовлені відсутністю електричного контакту з базою КНІ приладів. Вважалося, що finFET'и є нечутливими до таких ефектів: значний контроль потенціалу бази затворами на бокових поверхнях мав повністю подавити вплив нижнього затвору на потенціал незаземленої бази і процеси в ній. Чи так це є насправді, можна з'ясувати, аналізуючи шумові властивості finFET'ів при наявності акумулюючої напруги на нижньому затворі. До нашої роботи цього зроблено не було.

Зважаючи на усе вищесказане, актуальність обраної теми можна визначити таким чином. Дисертаційне дослідження покликане встановити характер і величину впливу новітніх технологій (напруження в каналі транзисторів, застосування high-k оксидів, finFET-структур) на шумові властивості КНІ транзисторів. Це дозволить визначити шумові джерела і механізми утворення шуму у сучасних КНІ структурах, встановити обґрунтованість застосування таких технологій із шумової точки зору і виявити шляхи зменшення шуму.

Особлива увага приділена шумовим дослідженням КНІ finFET'ів: в роботі проводиться шумова характеризація таких приладів і аналіз фізичних процесів у безконтактній базі на основі результатів шумових вимірювань.

Іншим важливим напрямком є дослідження ефектів плаваючої бази у сучасних КНІ приладах. В дисертаційній роботі аналізується ефективність різних шляхів зменшення надлишкового шуму, що супроводжує такі ефекти.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в Інституті фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України і відповідає основним напрямкам його наукової діяльності. Основні результати роботи отримані в рамках реалізації таких програм (у дужках зазначена роль автора у виконанні науково-дослідних робіт):

1. „Флуктуаційні процеси в сучасних мікроелектронних приладах та структурах з елементами нанометрових розмірів”, що виконувалась в рамках бюджетної теми № ІІІ-4-06 „Нерівноважні та флуктуаційні електронні процеси в матеріалах та структурах сучасних мікро-, нано- і фотоелектроніки, фізико-технологічні дослідження процесів одержання нових напівпровідникових матеріалів інфрачервоної та сенсорної техніки”, затвердженої Постановою ВФА НАН України, Протокол № 10 від 20 грудня 2005 р., реєстраційний номер 0106U000928; - (виконавець).

2. „Дослідження флуктуаційних процесів у субмікроелектронних приладах та відповідних структурах з елементами нанометрових розмірів”, що виконувалась в рамках бюджетної теми № ІІІ-4-11 „Фотоелектричні, оптичні та флуктуаційні явища у світловипромінюючих широкозонних напівпровідникових сполуках, у напівпровідникових структурах мікро- і наноелектроніки та розробка технологічних методів їх одержання”, затвердженої Постановою ВФА НАН України, Протокол № 6 від 28 серпня 2010 р., реєстраційний номер 0111U000047; - (виконавець).

Метою дисертаційної роботи є визначення шумових властивостей, джерел виникнення і фізичних механізмів утворення надлишкового шуму у сучасних КНІ МОН транзисторах, виготовлених при використанні новітніх технологічних рішень, а саме high-k затворних діелектриків, напруження в каналі, тривимірної транзисторної архітектури; виявлення і пояснення специфічних фізичних процесів у таких приладах шумовими методами; розробка нових шумових методик визначення нешумових величин, що характеризують роботу КНІ приладів; встановлення методів зменшення надлишкового шуму КНІ транзисторів.

Для досягнення поставленої мети було необхідно вирішити такі наукові завдання:

– провести шумову характеризацію сучасних КНІ МОН транзисторів;

– визначити основні джерела шуму, механізми утворення шуму та шляхи мінімізації надлишкового шуму у таких приладах;

– визначити вплив новітніх технологічних рішень на шумові властивості КНІ транзисторів;

– розробити нові методики аналізу КНІ структур на основі флуктуаційних досліджень;

– розробити методи зменшення надлишкового шуму, що супроводжують ефекти плаваючої бази у КНІ приладах, проаналізувати їх ефективність, умови придатності, тощо.

Об'єкт дослідження - КНІ МОН транзистори.

Предмет дослідження - шумові властивості сучасних планарних і тривимірних КНІ МОН транзисторів з різними high-k затворними оксидами при наявності/відсутності одновісного і двовісного напруження в каналі; шумові властивості двозатворних транзисторних структур і їх однозатворних аналогів; методи зменшення надлишкового шуму.

Для розв'язання задач, поставлених у дисертаційній роботі, було застосовано такі експериментальні й теоретичні методи дослідження: вимірювання шумових спектрів, а саме залежностей спектральної густини шумової напруги від частоти за різних напруг на верхньому затворі, нижньому затворі, за різних стокових напруг; вимірювання стік-затворних і вихідних характеристик, залежностей затворних струмів від напруги на верхньому затворі. Аналіз й обробку отриманих шумових спектрів і струмових залежностей проводили за допомогою персональних комп'ютерів.

Наукова новизна одержаних результатів. В результаті дослідження вперше отримано та узагальнено такі наукові результати:

1. Визначено розподіли концентрації пасток вглиб затворних стеків на основі різних high-k діелектриків (HfSiON, HfO2), що використовувалися у КНІ finFET'ах з різними геометричними розмірами.

2. Встановлено вплив двовісного і одновісного напруження на шумові властивості КНІ планарних і finFET-транзисторів з різними high-k затворними оксидами.

3. Виявлено явище насичення стокового струму і його надлишкового шуму за великих значень перенапруги на верхньому затворі КНІ планарних і finFET-транзисторів, причини якого пояснені за допомогою шумових вимірювань.

4. Виявлено нетривіальну розмірну залежність стокового струму і відповідного шуму КНІ планарних і finFET-приладів, причини якої встановлено за допомогою шумових вимірювань.

5. Виявлено шумові лоренціани, що супроводжують ефекти плаваючої бази, у КНІ finFET'ах; за допомогою шумових даних визначено нешумові параметри, що характеризують роботу finFET'ів (коефіцієнт передачі по базі, рухливість, тощо).

6. Встановлено і пояснено вплив двозатворної конфігурації КНІ транзисторів на лоренціанівський шум, що супроводжує ефекти плаваючої бази.

7. Встановлено і пояснено вплив акумулюючої напруги на нижньому затворі КНІ транзисторів на шумові лоренціани, що супроводжують нелінійний кінк-ефект.

Практичне значення результатів.

1. Проведена шумова характеризація КНІ планарних транзисторів з SiON затворним оксидом і finFET'ів з HfSiON/SiO2 і HfO2/SiO2 затворними стеками.

2. Визначено вплив двовісного і одновісного напруження на шумові властивості планарних і тривимірних КНІ транзисторів з різними затворними оксидами.

3. Розроблено метод, який дозволяє встановити причини нетривіальної розмірної залежності стокового струму і його шуму.

4. Розроблено методи визначення внутрішніх характеристик КНІ транзисторів, що базуються на аналізі шумових ефектів плаваючої бази.

5. Розроблено модель, що дозволяє передбачити вплив двозатворної конфігурації КНІ транзисторів на параметри лоренціанівського шуму, що супроводжує ефекти плаваючої бази, у порівнянні з однозатворними аналогами.

6. Визначено вплив акумулюючої напруги на нижньому затворі частково збіднених КНІ приладів на параметри шумових лоренціанів, що супроводжують нелінійний кінк-ефект.

Особистий внесок здобувача. Постановка задач і вибір об'єктів дослідження здійснювалися здобувачем разом із науковим керівником. Дисертант брала участь у плануванні та проведенні експерименту, у проведенні вимірювань шумових спектрів досліджуваних КНІ транзисторів, їх стік-затворних характеристик і затворних струмів; автор проводила обробку отриманих експериментальних результатів. Дисертант брала участь в аналізі й узагальнені отриманих результатів. Підбір і систематизацію літературних джерел здійснено особисто здобувачем. Інтерпретація результатів, обговорення та написання публікацій [1-11] проводилися у співпраці з співавторами відповідних наукових робіт.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи були представлені на таких міжнародних та вітчизняних наукових конференціях:

1. III Українська наукова конференція з фізики напівпровідників з міжнародною участю (17-22 червня 2007 р., Одеса, Україна) (доповідь дисертанта відзначена дипломом другого ступеня).

2. 19th International Conference on Noise and Fluctuations - ICNF 2007 (9-14 September 2007, Tokyo, Japan).

3. 20th International Conference on Noise and Fluctuations - ICNF 2009 (14-19 June 2009, Pisa, Italy).

4. 1st Ukrainian-French Seminar “Semiconductor-On-Insulator materials, devices and circuits: physics, technology and diagnostics” & 6th International SemOI Workshop “Nanoscaled Semiconductor-on-Insulator Materials, Sensors and Devices” (24-28 October 2010, Kyiv, Ukraine).

Публікації. У дисертації узагальнено наукові результати, опубліковані в 11 наукових роботах, серед яких 6 статей у провідних фахових журналах [1-6], 1 стаття у збірнику праць [7], 2 статті у матеріалах конференцій [8,9], 2 тези доповідей на конференціях [10,11].

Структура дисертації. Дисертація складається зі вступу, семи оригінальних розділів, висновків і списку використаних джерел. Загальний обсяг дисертації - 209 сторінок, з них 166 сторінок основного тексту, 90 рисунків і 2 таблиці, з яких 13 рисунків і 1 таблиця виконані на окремих аркушах, список використаних джерел з 281 найменування на 29 аркушах.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У розділі 1 представлено огляд літератури. Розглянуто основні джерела шуму і їх фізичні механізми, що реалізуються у КНІ транзисторах; наведено наявні відомості щодо впливу технологічних новацій на характеристики і шумові властивості КНІ приладів; сформульовано основні напрямки досліджень.

У розділі 2 представлено опис експериментального обладнання для вимірювання шумових спектрів, стокових і затворних струмів. Наведено методику первинної обробки виміряних спектрів і методики визначення певних величин, що характеризують роботу транзисторів.

У розділах 3 - 5 представлені результати дослідження напружених і ненапружених (SOI) планарних повністю збіднених КНІ транзисторів з SiON затворним оксидом і тризатворних finFET-транзисторів з HfSiON/SiO2 і HfO2/SiO2 затворними стеками. Напруження в каналі приладів створювалося за допомогою двовісного розтягу (sSOI) на рівні підшарку (SiON-, HfSiON- і HfO2-прилади) або одновісного розтягу (SOI+CESL) за допомогою CESL-покриття (SiON- i HfSiON-прилади) чи їх комбінації (sSOI+CESL) (SiON- i HfSiON-прилади). У випадку HfSiON-приладів також застосовувалася SEG-технологія епітаксійного вирощування ділянок витоку/стоку (sSOI+SEG, SOI+SEG).

Розміри приладів становили:

– SiON-прилади (рис. 1а): товщина затворного оксиду tox=1.5 нм, товщина Si-плівки tSi=15 - 20 нм, товщина нижнього оксиду tBOX=150 нм, ширина і довжина каналу Weff =(10 - 0.25) мкм і Leff =(2.91 - 0.16) мкм, відповідно.

– HfSiON/SiO2-finFET'и з товщиною затворного стеку tox=tHfSiON+tSiO2=2.3+1=3.3 нм (еквівалентна товщина затворного оксиду tEOT=1.5 нм) і HfO2/SiO2-finFET'и з tox=tHfO2+tSiO2=2+1=3 нм (tEOT=1.9 нм) (рис. 1б): hfin=65 нм і 55 нм, tBOX=145 нм і 135 нм для приладів на SOI i sSOI підшарках, відповідно, Weff =0.02 - 9.87 мкм, Leff =0.15 - 0.9 мкм, де hfin, Weff і Leff - висота, ефективна ширина і довжина транзисторного ребра, відповідно. Кількість транзисторних ребер Nfin становила 1, 5 або 30. Ширину приладів Z розраховували за формулою Z=Nfin(2hfin+Weff).

(а) (б)

Рис. 1. Структурна схема планарного КНІ транзистора (а) і finFET-аналога (б).

Розділ 3 присвячений шумовій характеризації описаних n-канальних приладів, яку приводили у широкому інтервалі напруг на верхньому затворі VGF при стоковій напрузі VDS=25 мВ і нульовій напрузі на нижньому затворі (VGB=0 В). Знайдено, що форма шумових спектрів залежить від типу затворного оксиду (рис. 2), а іноді і від розмірів приладів.

Показано, що, незважаючи на різницю у формі спектрів, в усіх зазначених випадках має місце флікер-шум макуортерівської природи, обумовлений обміном носіїв з пастками в оксиді і на границі розділу.

Знайдено, що для SiON-приладів типовим є однорідний розподіл концентрації пасток Not вглиб затворного оксиду, причому напруження в каналі впливає на величину Not і її залежність від ширини каналу Weff (рис. 3), а саме: величина Not є максимальною для вузьких sSOI+CESL i sSOI приладів, у той час як застосування лише тільки одновісного CESL-напруження зменшує величину Not відносно ненапружених SOI аналогів.



(а) (б) (в)

Рис. 2. Шумові спектри для планарного n-канального SOI SiON-транзистора (а), sSOI+SEG HfSiON-nfinFET'а (б) і SOI HfO2-nfinFET'а (в).

Рис. 3. Залежності величини [SVGLeffWeff] від Weff і Not(Weff) для планарних n-канальних SiON-транзисторів.

Щодо finFET'ів, то для них типовим виявилося спадання концентрації пасток подалі від границі розділу (рис. 4), причому, якщо у HfSiON-приладах двовісне напруження не збільшує концентрацію Not, то у HfO2-аналогах така ситуація має місце тільки подалі від границі розділу, тоді як поблизу її двовісне напруження збільшує величину Not. Зменшення ширини ребра змінило розподіл у ненапружених HfO2-приладах, зробивши його однорідним і значно зменшивши величину Not. Також знайдено, що ані одновісне CESL-напруження, ані епітаксійне вирощування витоку/стоку (SEG) не збільшують величину Not.

У розділі 4 досліджували нові ефекти, виявлені у поведінці всіх трьох типів досліджуваних приладів. Перший з них полягав у тому, що за достатньо високих значень перенапруги на затворі V*=VGF-Vth, де Vth - порогова напруга, струм стоку І зростав сублінійно і насичувався (рис. 5). Подальше збільшення V* супроводжувалося зменшенням струму. Важливо, що величина шуму SI за відповідних напруг залишалася незмінною (рис. 5).

(а) (б)

Рис. 4. Розподіли Not(x) для HfO2-nfinFET'ів з Weff  0.87 мкм (a) і 0.02 мкм (б); крива 3 - залежність Not(x) для sSOI HfSiON-nfinFET'ів з Weff  0.87 мкм, Leff=(0.15 - 0.9) мкм, Nfin=1.

Було знайдено, що опір приладу rDS між стоком та витоком є незмінним навіть коли струм стоку І починає спадати (рис. 5). Це означає, що спадання струму за великих V* не пов'язано з поведінкою опору rDS, а ймовірно зумовлене зростанням затворного струму. Зауважимо, що величина rDS визначалася з шуму Найквіста, який спостерігався в шумових спектрах за достатньо високих частот, де 1/f шум МакУортера є нехтовно малим. Шум Найквіста генерується паралельним з'єднанням опорів rDS і RH, де RH - навантажувальний опір у ланцюгу живлення транзистора.

Рис. 5. Залежності SI(V*), I(V*) і rDS(V*) для SOI n-канального SiON-транзистора.

Враховуючи, що rDS=rch+Rser, де rch - опір каналу, rch ~ Ns, і Ns - рухливість і концентрація вільних носіїв в каналі, відповідно, Rser - послідовний опір ділянок витоку/стоку, RserRser(V*), знайдене насичення опору rDS могло би бути спричинене домінуванням послідовного опору Rser. Однак, при rch << Rser зменшення опору rch зі зростанням V* призвело би до спадання величини SІ. Той факт, що за великих V* величина SІ(V*) залишалася постійною (рис. 5), означає, що rch >> Rser і насичення опору rDS зумовлено насиченням опору каналу rch ~ Ns. Оскільки згідно моделі МакУортера SІ ~ 2, то спостереження плато SІSІ(V*) свідчить про те, що рухливість не змінюється зі збільшенням напруги. Тому було зроблено висновок, що за напруг, де на залежностях rch(V*) і SІ(V*) мають місце плато, концентрація вільних носіїв Ns також не залежить від напруги на затворі. Причиною такого явища може бути збільшення напруги Vth зі зростанням VGF, що на ділянці плато перешкоджає збільшенню напруги V*=VGF-Vth. Така поведінка Vth, в свою чергу, може бути зумовлена збільшенням від'ємного заряду на пастках у затворному оксиді, через які тече затворний струм.

Другий ефект, який потребував пояснення, полягав у значній залежності приведених величин стокового струму [ILeff/Weff] (рис. 6а) і спектральної густини його шуму [SI(Leff)3/Weff] (рис. 6б) від розмірів каналу. Для пояснення цих ефектів в роботі запропоновано модель, яка ґрунтується на припущенні, що зазначені розмірні явища спричинені розмірною залежністю рухливості , для описання поведінки якої була використана відома формула

, (1)

де 0 - рухливість носіїв за малих електричних полів, - коефіцієнт деградації рухливості. Враховуючи вираз (1), було отримано формули для приведених величин канального струму і його шуму, позначені як Y і Х, відповідно:

, (2)

, (3)

де q - елементарний заряд, k - постійна Больцмана, T - температура, =10-8 см - параметр тунелювання.

З виразів (2) і (3) випливає, що, коли має місце залежність Y ~ X1/2, яка виміряна за одного значення V* для приладів з різними Leff і Weff, то причиною розмірних залежностей величин [ILeff/Weff] і [SI(Leff)3/Weff] є розмірна залежність величини 0. У випадку спостереження залежності Y ~ X1/4 розмірні залежності величин [ILeff/Weff] і [SI(Leff)3/Weff] зумовлені розмірною залежністю величини .



(а)

(б)

Рис. 6. Залежності [ILeff/Weff] (a) і [SI(Leff)3/Weff] (б) від V*, виміряні для n-канальних sSOI+CESL SiON-транзисторів.

Рис. 8. Шумові спектри для sSOI HfSiON-nfinFET'а з Weff=2.87 мкм; (VGB)acc=-7.9 В.



Рис. 7. Зв'язок між величинами Y=Iplateau(Leff/Weff) і Х=((Leff)3/WeffNot) для n-канальних SiON-транзисторів з Weff=(0.25 - 10) мкм, Leff=(0.16 - 2.91) мкм.

Цей метод було застосовано для ділянки плато на залежностях I(V*) і SI(V*). Виявилось, що для досліджуваних приладів має місце залежність Y ~ X1/4 (рис. 7). Це означає, що розмірна залежність величини , яка спричинює розмірну залежність величин [ILeff/Weff] і [SI(Leff)3/Weff], зумовлена розмірною залежністю параметру , який зростає при зменшенні Leff і збільшенні Weff. Різниця у рівнях кривих на рис. 7 для напружених і ненапружених приладів за одного значення Х свідчить про те, що величини 0 є більшими для напружених приладів.

У розділі 5 шумові властивості n- і p-канальних HfSiON- i HfO2-finFET'ів досліджено при наявності акумулюючої напруги на нижньому затворі (VGB)acc, прикладення якої призвело до появи у спектрах шуму лоренціанів двох типів (рис. 8). За умов збіднення і слабкої інверсії спостерігалися BGI лоренціани (криві 1 - 3): їх характеристична частота f0, а, значить, і постійна часу BGI=(2f0)-1, не залежать від напруги VGF, а величина шумового плато [SI(0)]BGI зростає з її збільшенням.

За умов сильної інверсії спостерігалися лоренціани, що супроводжують лінійний кінк-ефект (ЛКЕ лоренціани) (криві 4 - 8): їх постійна часу LKE і величина шумового плато [SI(0)]LKE зменшуються зі зростанням напруги VGF.

Причиною BGI лоренціанів, параметри яких описуються рівняннями

, (4)

, (5)

де Ceq - еквівалентна ємність база-витік, G0 - рівноважна провідність переходу база-витік, =Vth/VBS - коефіцієнт передачі по базі, VBS - потенціал бази, є шум Найквіста провідності G0, яка збільшується зі зростанням напруги (VGB)acc. Ємнісний імпеданс база-витік призводить до спостереження у спектрах шуму замість білого шуму лоренціанівських компонент.

Причиною ЛКЕ лоренціанів, параметри яких описуються рівняннями

, (6)

, (7)

де m'1, C0 - ємність затворного оксиду на см2, IEVB=jEVBZLeff - струм тунелювання електронів з валентної зони (EVB струм), jEVB - густина EVB струму, є дробовий шум струму IEVB, що тече крізь тонкий затворний діелектрик, і рівного йому струму основних носіїв IF, що тече крізь витоковий р-n перехід за умов протікання EVB струму. Ємнісний імпеданс база-витік призводить до спостереження у спектрах шуму лоренціанівських компонент.

Було встановлено, що ЛКЕ лоренціани з'являються в шумових спектрах при V*0.25 B, тобто за досить малих значень V*. Це суперечить класичній моделі EVB тунелювання, згідно якої ця напруга має бути ~ 1 В. Однак, відомо, що для приладів з металічним затвором (в нашому випадку ТіN) і high-k затворним оксидом початок EVB тунелювання може відбуватися за значно менших напруг через зсув роботи виходу на границі розділу затвор/діелектрик.

Рис. 9. Залежності величин (Ceq/2)BGI від Weff, визначені для HfSiON- і HfO2-finFET'ів.

Аналіз виміряних BGI лоренціанів за допомогою формули (5) виявив, що величина (Ceq/2)BGI не залежить від напруги VGF, причому знайдені залежності величини (Ceq/2)BGI від ширини ребра Weff співпадають для напружених і ненапружених приладів з різними затворними оксидами (рис. 9). Для приладів з Weff > 0.9 мкм виявлена пропорційність (Ceq/2)BGI ~ Weff, яка свідчить про те, що величина (Ceq/2)BGI визначається шириною верхньої грані. Натомість для приладів з Weff < 0.37 мкм, для яких величина (Ceq/2)BGI перестає залежати від Weff, вона визначається шириною бокових граней.

Виявилося, що параметри ЛКЕ лоренціанів для HfSiON-finFET'ів і HfO2-аналогів суттєво відрізняються. Так, величини LKE для HfO2-приладів виявилися значно більшими, ніж для HfSiON-аналогів. З величин LKE за допомогою формул

, (8а)

(8б)

для HfSiON- і HfO2-finFET'ів, відповідно, було знайдено величини jEVB (рис. 10). З рис. 10 видно, що, незважаючи на більшу фізичну товщину затворного HfSiON/SiO2-стеку (3.3 нм замість 3 нм для HfO2/SiO2-аналогів), густина EVB струмів для таких приладів є значно більшою, ніж для HfO2-finFET'ів. Це пояснює той факт, що (LKE)HfSiON << (LKE)HfO2.

(а) (б)

Рис. 10. Залежності густини EVB струмів від |V*|, визначені для n- (a) і p-канальних (б) HfSiON-finFET'ів (|(VGB)acc|=7.8 В) і HfO2-finFET'ів (|(VGB)acc|=9.5 В).

У випадку HfO2-приладів виявилося, що напруження не впливає на величини jEVB у р-канальних приладах і зменшує їх у випадку n-канальних аналогів. Останній факт пояснено збільшенням висоти енергетичного бар'єру на границі Si/SiO2 через застосування двовісного напруження; натомість для n-канальних HfSiON-finFEТ'ів тип підшарку не впливав на величину jEVB (рис. 10).

Аналіз залежностей EVB струмів від ширини каналу Z показав, що у випадку HfSiON-приладів і n-канальних HfO2-аналогів залежність носить сублінійний характер. Цей ефект пояснено тим, що густина EVB струму на бокових гранях jEVBside перевищує аналогічну величину для верхньої грані jEVBtop. Натомість пропорційність EVB струмів величині Z, яка спостерігалася для р-канальних HfO2-finFEТ'ів, означає, що у цьому випадку густина EVB струму є приблизно однаковою на усіх гранях.

У поведінці шумового плато ЛКЕ лоренціанів у спектрах шуму HfSiON-finFET'ів і HfO2-аналогів також виявлено певні відмінності. Так, для HfSiON-приладів знайдено, що [SI(0)]LKE ~ (LKE)0.93, тобто згідно з виразом (7) має виконуватися співвідношення [m'()2/Ceq] ~ (LKE)-0.07. Враховуючи, що для досліджуваних HfSiON-finFET'ів величина (LKE)-0.07 зростала зі збільшенням V*, а також те, що ЛКЕ лоренціани спостерігалися за достатньо високих V*, де рухливість може лише спадати зі зростанням V*, було зроблено висновок, що для HfSiON-приладів величина [m'в2/Ceq] зростає зі зростанням V*.

Натомість для HfO2-аналогів типовою виявилася пропорційність [SI(0)]LKE ~ (LKE)1.05. Близький, але дещо більший за одиницю показник ступеня вказує на те, що, на відміну від HfSiON-finFET'ів, величина [m'в2/Ceq] для HfO2-приладів не збільшується зі зростанням V*. Незначне зменшення величини [SI(0)/]LKE зі зростанням V* можна пояснити зменшенням величини . Спадання величин зі зростанням V*, знайдених за допомогою формули

, (9)

одержаної з виразу (7), і експериментальних значень величин [SI(0)/]LKE і (Ceq/в2)=(Ceq/в2)BGI, показано на рис. 11, з якого видно, що величина проявляє й інші особливості, притаманні поведінці рухливості носіїв струму в приладах розглянутого типу, а саме: для р-канальних приладів напруження не впливало на рухливість носіїв, а у n-канальних аналогах вона збільшувалася для напружених приладів, чого слід було очікувати при двовісному напруженні; рухливість у приладах n-типу була більшою, ніж у р-канальних аналогах, причому зменшення ширини призводило до зростання рухливості у приладах р-типу. Ці факти свідчать на користь реальності запропонованої інтерпретації залежності величин [SI(0)]LKE від LKE, що спостерігалися для HfO2-finFET'ів.

(а)

(б)

Рис. 11. Залежності (V*), знайдені за допомогою вимірювань ЛКЕ лоренціанів, для n- (a) і p-канальних (б) HfO2-finFET'ів; |(VGB)acc|=9.5 В.

У розділі 6 досліджено двозатворні (ДЗ) (рис. 12) частково збіднені КНІ прилади з додатковим легуванням ділянок витоку/стоку чи без нього (halo- і non-halo-прилади, відповідно) при наявності акумулюючої напруги на нижньому затворі. Сумарна довжина каналу ДЗ транзистора LТG=LM+LS, де LM і LS - довжини керуючого і керованого приладів у послідовному з'єднанні, відповідно, дорівнювала довжині однозатворного (ОЗ) приладу LSG, з яким його порівнювали. Ширина транзисторів W становила 10 мкм.

Рис. 12. Схематичне представлення КНІ МОН приладу з ДЗ конфігурацією

Відомо, що ЛКЕ шум ДЗ приладів може бути нижчим, ніж в ОЗ аналогах, хоча моделі такого ефекту досі не створено. Було невідомо також, як впливає ДЗ структура на параметри BGI лоренціанів.

Результати, представлені на рис. 13 і в табл. 1, демонструють, що ДЗ структура придушує не тільки ЛКЕ лоренціани, а й BGI лоренціани.

Для пояснення впливу ДЗ конфігурації на параметри BGI лоренціанів, було розроблено модель, яка базується на врахуванні незалежних шумових внесків керуючого і керованого приладів. Для параметрів BGI лоренціанів у ДЗ і ОЗ приладах було отримано співвідношення:

, (10)

, (11)

де СD - ємність збідненого шару на см2. Експериментальні результати і розраховані величини показані в табл. 1. Значення в дужках - теоретичні величини, визначені за виразами (10) і (11) при [CD]TG=[CD]SG. Видно, що модель досить точно передбачає змінення параметрів BGI лоренціанів через застосування ДЗ структури, що свідчить на користь її справедливості.

Рис. 13. BGI лоренціани, виміряні для ОЗ і ДЗ р-канальних halo-транзисторів

Аналогічним чином були отримані співвідношення, що описують вплив ДЗ структури на параметри ЛКЕ лоренціанів. Порівняння експериментальних і теоретичних величин підтвердило придатність моделі і в цьому випадку.

В розділі 7 досліджено, як впливає акумулююча напруга на нижньому затворі на шум, що супроводжує нелінійний кінк-ефект (НКЕ лоренціани). Дослідження проводили на частково збіднених n-канальних МОН halo-транзисторах, виготовлених по 0.1 мкм КНІ технології на підшарках UNIBOND, з затворним окислом товщиною 2.5 нм і полі-Si затвором товщиною 150 нм. Товщина Si-плівки складала 100 нм. Ширина і довжина каналу складали W=10 мкм і L=0.22 мкм, відповідно.

Спектри шуму вимірювали при фіксованій напрузі VGF=0.69 В (до початку EVB тунелювання електронів крізь затворний оксид) і напругах на нижньому затворі VGB=0 В і VGB=(VGB)acc=-46 В. Напругу на стоці VDS змінювали від 12 мВ до 1.2 В. Крім того, вимірювали стокові характеристики I(VDS) (рис. 14а), з яких видно, що зростання струму, пов'язане з НКЕ, має місце при VDS  0.5 В. При цьому в шумових спектрах спостерігалися НКЕ лоренціани, поява яких зумовлена дробовим шумом струму Ііі основних носіїв, що утворилися через ударну іонізацію біля стокового переходу за достатньо високих значень VDS, який тече в базу транзистору, і дробовим шумом струму через перехід база-витік IF. Ємнісний імпеданс КНІ структури призводить до спостереження в спектрі НКЕ лоренціанів.

Таблиця 1

Експериментальні й розраховані параметри BGI лоренціанів, які спостерігалися для n- і р-канальних ОЗ і ДЗ КНІ МОН halo-транзисторів



(а) (б) (в)

Рис. 14. Залежності I(VDS) (а), (I) (б) і залежності величини SI(0) від (в), виміряні при VGF=0.69 B для VGB=0 В і VGB=-46 В.

Було встановлено, що при прикладенні акумулюючої напруги на нижній затвор параметри НКЕ лоренціанів змінюються (рис. 14б і 14в). Крім того, було виявлено, що напруга (VGB)acc призвела до зменшення струму I за умов НКЕ (рис. 14а). Іншими словами, має місце ослаблення нелінійного кінк-ефекту. Цей факт пояснено тим, що напруга (VGB)acc збільшує рівноважну провідність переходу база-витік G0 ~ I0, де I0 - струм насичення через перехід база-витік при VBS=0 В, що призводить до зменшення потенціалу бази VBS ~ [ln(Iii/I0)+1]}, а тому стоковий струм за умов НКЕ INKE=gmVBS також зменшується.

Враховуючи вплив напруги (VGB)acc на провідність G0 переходу база-витік, було знайдено співвідношення постійних часу (NKE)асс і NKE при наявності і відсутності напруги (VGB)acc

, (12)

де n - коефіцієнт ідеальності витокового p-n переходу, яке дозволило пояснити зменшення постійної часу НКЕ лоренціанів через прикладення акумулюючої напруги (рис. 14б). Дійсно, при І=const маємо, що VDS < (VDS)acc. Це означає, що Ііі < (Ііі)acc, а, значить, має виконуватися співвідношення [NKE]acc/NKE < 1, що і спостерігається експериментально (рис. 14б). До того ж, оскільки за умов НКЕ має місце пропорційність [SI(0)]NKE ~ NKE (рис. 14в), то і шумове плато НКЕ лоренціанів при наявності напруги (VGB)acc також буде меншим. Це означає ослаблення НКЕ лоренціанів у шумових спектрах транзисторів.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

1. Знайдено, що тип затворного стеку визначає форму макуортерівських шумових спектрів. Показано, що це зумовлено різним характером розподілу шумових пасток у затворних стеках приладів різних типів. Встановлено, що параметри ЛКЕ лоренціанів, а також величини що їх визначають, виявлені у шумових спектрах finFEТ'ів при прикладенні акумулюючої напруги на нижній затвор, також залежать від типу затворного стеку: незважаючи на те, що фізична товщина затворного стеку HfSiON-finFEТ'ів є більшою, ніж для HfO2-аналогів, для величин jEVB виконується співвідношення (jEVB)HfSiON >> (jEVB)HfО2, що пояснює спостереження (LKE)HfSiON << (LKE)HfО2.

2. Виявлено нетривіальну розмірну залежність і насичення канального струму і спектральної густини його шуму зі зростанням V*. Розмірну залежність пояснено залежністю коефіцієнта и, який характеризує зменшення рухливості носіїв в каналі зі зростанням V*, від довжини і ширини каналу. Явище насичення струму і його шуму за високих V* свідчить про те, що концентрація і рухливість носіїв струму в каналі перестають залежати від напруги на затворі. Виявилося, що цей ефект притаманний всім типам досліджених структур, тобто носить загальний характер для сучасних транзисторних структур.

3. Встановлено, що через суттєвий вплив ширини бокових граней транзисторного ребра на величину (Сeq/в2) у HfSiON- і HfO2-finFEТ'ах з Weff < 0.37 мкм величини (Сeq/в2) не залежать від ширини ребра Weff за умов збіднення і слабкої інверсії. Тривимірна архітектура finFEТ'ів також є причиною спостереження сублінійності у залежності EVB струмів від ширини каналу Z, що пояснено виконанням нерівності (jEVB)sіde > (jEVB)top.

4. Знайдено, що НКЕ і НКЕ лоренціани ослаблюються акумулюючою напругою на нижньому затворі частково збіднених КНІ транзисторів.

5. Знайдено, що BGI лоренціани ослаблюються у двозатворних транзисторних структурах у порівнянні з однозатворними аналогами.

6. Розроблено нові шумові методи дослідження фізичних процесів у планарних та finFEТ-транзисторах, а саме: методи, засновані на аналізі ЛКЕ та BGI лоренціанів, які дозволяють оцінити величини Сeq, в, jEVB і та їх залежності від перенапруги на затворі і ширини ребра finFEТ'а; метод, заснований на спільному аналізі залежностей величин струму стоку і спектральної густини його 1/f шуму від геометричних розмірів транзисторів за однакового значення V*, який дозволяє з'ясувати причини розмірної залежності рухливості носіїв.

7. Розроблено нові теоретичні моделі, а саме: модель, що дозволяє кількісно описати зміни параметрів BGI і ЛКЕ лоренціанів при заміні однозатворної транзисторної структури на двозатворну; модель, що пояснює зміни параметрів НКЕ лоренціанів через прикладення акумулюючої напруги на нижній затвор КНІ приладу.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Analytical Model for the Impact of the Twin-Gate on the Floating-Body-Related Low-Frequency Noise Overshoot in Silicon-on-Insulator MOSFETs / N. Lukyanchikova, N. Garbar, A. Smolanka [et al.] // IEEE Trans. Electron Devices. - 2006. - V. 53, № 12. - P. 3118-3128.

2. Вплив акумулюючої напруги на нижньому затворі на шумові спектри субмікронних КНІ МОН транзисторів у широкому інтервалі стокових напруг / В. Кудіна, Н. Лук'янчикова, М. Гарбар [та ін.] // Український фізичний журнал. - 2008. - Т. 53, № 1. - с. 74-79.

3. High Gate Voltage Drain Current Leveling off and its Low-Frequency Noise in 65 nm Fully-Depleted Strained and Non-Strained SOI nMOSFETs / N. Lukyanchikova, N. Garbar, V. Kudina [et al.] // Solid-State Electronics. - 2008. - V. 52, № 5. - P. 801-807.

4. Low-Frequency Noise in nFinFETs of Different Dimensions Processed in Strained and Non-Strained SOI Wafers / N. Lukyanchikova, N. Garbar, V. Kudina [et al.]// Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics. - 2008. - V. 11, № 3. - P. 203-208.

5. Linear Kink Effect Lorentzians in the Noise Spectra of n- and p-Channel Fin Field-Effect Transistors Processed in Standard and Strained Silicon-on-Insulator Substrates / N. Lukyanchikova, N. Garbar, V. Kudina [et al.] // Solid-State Electronics. - 2009. - V. 53, № 6. - P. 613-620.

6. On the 1/f Noise of Triple-Gate Field-Effect Transistors with High-k Gate Dielectric / N. Lukyanchikova, N. Garbar, V. Kudina [et al.] // Appl. Phys. Lett. - 2009. - V. 95, № 3. - P. 032101-032101-3.

7. Investigation of Tri-Gate FinFETs by Noise Methods / N. Lukyanchikova, N. Garbar, V. Kudina [et al.] // Semiconductor-On-Insulator Materials for Nanoelectronics Applications. Engineering Materials / edited by A. Nazarov, J.-P. Colinge, F. Balestra, J.-P. Raskin, F. Gamiz, V.S. Lysenko. - Springer, 2011. - P. 287-306.

8. Behavior of the 1/f Noise and Electron Mobility in 65 nm FD SOI nMOSFETs Employing Different Tensile-Strain-Inducing Techniques / N. Lukyanchikova, N. Garbar, V. Kudina [et al.] // 19th International Conference on Noise and Fluctuations, 9-14 September 2007, Tokyo, Japan: AIP Conf. Proc. - 2007. - V. 922, № 1. - P. 39-42.

9. Low-Frequency Noise of Strained and Non-Strained n-Channel Tri-Gate FinFETs with Different Gate Dielectrics / N. Lukyanchikova, N. Garbar, V. Kudina [et al.] // 20th International Conference on Noise and Fluctuations, 14-19 June 2009, Pisa, Italy: AIP Conf. Proc. - 2009. - V. 1129, № 1. - P. 291-294.

10. The Influence of an Accumulation Back-Gate Voltage on the Noise Spectra of Deep Submicron SOI MOSFETs Measured in a Wide Range of Drain Voltages / V. Kudina, N. Lukyanchikova, N. Garbar [et al.] // III Українська наукова конференція з фізики напівпровідників з міжнародною участю, 17-22 червня 2007 р., Одеса, Україна: тези доповідей. - Одеса, 2007. - т. 1. - c. 111.

11. Investigation of Tri-Gate FinFETs by Noise Methods / N. Lukyanchikova, N. Garbar, V. Kudina [et al.] // 1st Ukrainian-French Seminar “Semiconductor-On-Insulator materials, devices and circuits: physics, technology and diagnostics” & 6th International SemOI Workshop “Nanoscaled Semiconductor-on-Insulator Materials, Sensors and Devices”, 24-28 October 2010, Kyiv, Ukraine: conference abstracts. - Kyiv, 2010. - P. 81-82.

АНОТАЦІЯ

Кудіна В.М. Природа флуктуаційних процесів у сучасних польових транзисторах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.10 - фізика напівпровідників і діелектриків. - Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України, Київ, 2011.

Дисертація присвячена дослідженню низькочастотного шуму сучасних транзисторів метал-оксид-напівпровідник (МОН), виготовлених на підшарках кремній на ізоляторі (КНІ).

В роботі проведена шумова характеризація повністю збіднених планарних транзисторів з SiON затворним оксидом і тризатворних finFET-транзисторів з затворними стеками на основі high-k діелектриків (HfSiON, HfO2). Показано, що зазначеним приладам притаманний 1/f шум МакУортера, що дозволило визначити розподіли концентрації пасток вглиб затворних діелектриків. Крім того, встановлено вплив двовісного (sSOI) і одновісного (CESL) напруження на шумові властивості цих транзисторів.

Для зазначених приладів також виявлено і за допомогою шумових вимірювань пояснено насичення стокових струмів за великих перенапруг на верхньому затворі, а також їх нетривіальну розмірну залежність.

Встановлено, що finFET-транзисторам притаманні шумові ефекти плаваючої бази (шумові лоренціани). Шляхом аналізу останніх за допомогою запропонованої методики було визначено нешумові параметри, що характеризують роботу приладів.

Встановлено і за допомогою розробленої моделі пояснено вплив двозатворної конфігурації частково збіднених КНІ транзисторів на шумові ефекти плаваючої бази. Знайдено, що їх придушення у однозатворних аналогах можна досягти через прикладення акумулюючої напруги на їх нижній затвор, що пояснюється в рамках розробленої моделі.

Ключові слова: низькочастотний шум, кремній-на-ізоляторі, МОН транзистор, finFET, ефекти плаваючої бази, шумові лоренціани, двовісне напруження, одновісне напруження, high-k діелектрик, двозатворна конфігурація.

ABSTRACT

Kudina V.M. Origin of the fluctuation processes in advanced field effect transistors. - Manuscript.

Dissertation for the Ph.D. degree by speciality 01.04.10 - physics of semiconductors and insulators. - V.E. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, NAS of Ukraine, Kyiv, 2011.

The thesis deals with investigation of the low-frequency noise of advanced silicon-in-insulator (SOI) metal-oxide-semiconductor field effect transistors (MOSFETs).

The noise characterization of fully depleted planar MOSFETs with SiON gate oxide and three-gate finFETs with high-k dielectric based gate stacks (HfSiON, HfO2) is implemented. It is found that the 1/f McWhorter noise is typical for the devices considered. This observation allowed determining the distributions of trap densities over the distance into the gate dielectrics. In addition the impact of biaxial (sSOI) and uniaxial (CESL) strain on the low-frequency noise behaviour of the devices studied is revealed.

The effects of high gate voltage drain current leveling off and nontrivial drain current dimensional dependence were found for the devices investigated and explained by means of the noise measurements.

It is revealed that finFETs are sensitive to floating body noise effects (Lorentzian noise). By analyzing them using the method proposed, the intrinsic finFET parameters were found.

The influence of twin-gate configuration of partially depleted MOSFETs on their low-frequency noise accompanying floating body effects was found and explained by the model developed. It is shown that the suppression of such noise effects in single-gate analogs can be achieved by applying an accumulation back-gate voltage. This effect is explained in the framework of the model proposed.

Keywords: low-frequency noise, silicon-on-insulator, MOSFET, finFET, floating body effects, Lorentzian noise, biaxial strain, uniaxial strain, high-k dielectric, twin-gate configuration.

АННОТАЦИЯ

Кудина В.Н. Природа флуктуационных процессов в современных полевых транзисторах. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков. - Институт физики полупроводников им. В.Е. Лашкарева НАН Украины, Киев, 2011.

Диссертация посвящена исследованию низкочастотного шума современных транзисторов металл-оксид-полупроводник (МОП), изготовленных на подложках кремний-на-изоляторе (КНИ).

В работе проведена шумовая характеризация полностью обедненных планарных транзисторов с SiON затворным оксидом толщиной 1.5 нм и трехзатворных finFET-транзисторов с затворными стеками на основе диэлектриков с высоким значением диэлектрической проницаемости (HfSiON/SiO2 и HfO2/SiO2 с эквивалентной толщиной 1.5 и 1.9 нм, соответственно). Показано, что для указанных приборов типичным является 1/f шум МакУортера, причем величина зависит от типа затворного диэлектрика (0.7    1). Это позволило определить распределения концентрации шумящих ловушек вглубь затворных диэлектриков. Оказалось, что, если для SiON-транзисторов типичным является однородное распределение ловушек, то для HfSiON- и HfO2-finFET'ов, концентрация ловушек уменьшается вглубь затворного диэлектрика, а также может зависеть от ширины транзисторного ребра. Кроме того, установлено, что применение двухосного механического напряжения (sSOI) увеличивает концентрацию ловушек в случае SiON- и HfO2-транзисторов, чего, однако, не наблюдалось для HfSiON-аналогов. Что касается одноосного CESL-напряжения, то оно не влияет на распределение ловушек в затворных стеках HfSiON-finFET'ов, тогда как в SiON-аналогах оно увеличивает и уменьшает концентрацию ловушек в диэлектрике транзисторов на sSOI и стандартных КНИ подложках, соответственно. Также установлено, что эпитаксиальное выращивание областей истока/стока (SEG-технология) также не влияет на распределение шумящих центров в затворном стеке.

Для указанных приборов обнаружено насыщение стоковых токов при высоких напряжениях на верхнем затворе. С помощью шумовых исследований показано, что оно обусловлено насыщением подвижности и концентрации свободных носителей в канале транзисторов. Кроме того, разработана модель, которая позволила объяснить нетривиальную размерную зависимость стоковых токов на основании шумовых измерений. Для исследованных транзисторов оказалось, что эффект обусловлен размерной зависимостью коэффициента деградации подвижности, который характеризует уменьшение подвижности с увеличением напряжения на верхнем затворе.

В работе показано, что приложение аккумулирующего напряжения на нижний затвор HfSiON- и HfO2-finFET'ов приводит к появлению в их шумовых спектрах лоренциановских компонент, сопровождающих эффекты плавающей базы, а именно - лоренцианов, обусловленных приложением аккумулирующего напряжения к нижнему затвору (BGI лоренцианов), наблюдаемых в условиях обеднения и слабой инверсии, и лоренцианов, сопровождающих линейный кинк-эффект (ЛКЭ лоренцианов), наблюдаемых в условиях сильной инверсии под верхним затвором. Анализируя параметры обнаруженных лоренцианов с помощью методики, предложенной работе, определены нешумовые параметры, которые характеризуют работу finFET'ов, а именно - эквивалентная емкость, коэффициент передачи по базе, ток туннелирования электронов из валентной зоны, подвижность носителей, установлены их зависимости от геометрических параметров finFET'ов, напряжения на верхнем затворе, типа затворного диэлектрика.

Установлено, что использование двухзатворной конфигурации частично обедненных КНИ транзисторов приводит к уменьшению BGI и ЛКЭ лоренцианов, наблюдаемых в спектрах шума таких транзисторов. Для объяснения такого влияния разработана модель, которая позволяет качественно и количество оценить эффект использования двухзатворной структуры на параметры BGI и ЛКЭ лоренцианов.

Обнаружено, что в однозатворных частично обедненных КНИ МОП транзисторах эффекты плавающей базы, и сопровождающий их шум, можно подавить, если на нижний затвор подать аккумулирующее напряжение. Установлено, что такое напряжение уменьшает ток стока в условиях нелинейного кинк-эффекта (большие напряжения на стоке), и сопровождающий его лоренциановский шум. Для объяснения такого влияния разработана модель, которая объясняет влияние аккумулирующего напряжения на нижнем затворе в различных условиях работы транзистора (при постоянном токе или напряжении на стоке).

Ключевые слова: низкочастотный шум, кремний-на-изоляторе, МОП транзистор, finFET, эффекты плавающей базы, шумовые лоренцианы, двухосное напряжение, одноосное напряжение, high-k диэлектрик, двухзатворная конфигурация.

Размещено на Allbest.ru

...