Si/SiO₂ MOSFET可靠性物理：从四态模型到全态模型
材料科学
2024-11-08 v1 应用物理
摘要
在商业化器件建模软件中实现的基础上，四态非辐射多声子模型在过去十年中引起了广泛关注，用于描述Si/SiO₂ MOSFET器件中负偏压温度不稳定性（NBTI）及其他可靠性问题。该模型最初基于一个假设，即SiO₂介质层中的氧空位缺陷（V_O）在载流子俘获和发射过程中，在Si-二聚体和背投影结构中呈双稳态。通过高通量第一性原理结构搜索，我们发现非等价氧位点上的V_O在中性态可以采取4种结构构型，在俘获空穴后的+1电荷态可以采取7种构型，从而产生广泛的电荷态跃迁能级用于俘获空穴。这一发现与结构双稳态假设相矛盾，使四态模型对大多数氧位点失效。为了准确描述可靠性物理，我们提出了全态模型，考虑所有这些结构构型以及它们之间的所有载流子俘获/发射跃迁和热跃迁。通过全态模型，我们证明了V_O缺陷在导致NBTI中起重要作用，这挑战了近期将V_O排除为NBTI中可能空穴陷阱的研究。我们对多样化V_O性质和全态模型的系统性计算为准确描述MOSFET和其他晶体管的可靠性物理提供了微观基础。
引用
@article{arxiv.2411.04823,
title = {Si/SiO$_\text{2}$ MOSFET Reliability Physics: From Four-State Model to All-State Model},
author = {Xinjing Guo and Menglin Huang and Shiyou Chen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2411.04823},
year = {2024}
}