Модель прогнозирования надежности наноразмерных полевых транзисторов, учитывающая возможное влияние космического излучения

ЦЕЛЬ. В рамках данной работы ставились следующие цели: исследование физических механизмов деградации приборных характеристик наноразмерных полевых транзисторов, вызванной обрывом Si-H связей; исследование возможности влияния космического излучения на надежность наноразмерных полевых транзисторов; разработка модели прогнозирования надежности наноразмерных полевых транзисторов, учитывающей возможное влияние космического излучения. Для выполнения поставленных целей были проанализированы: современные модели прогнозирования надежности полевых транзисторов; данные о составе, интенсивности потока космического излучения в зависимости от энергии. РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ. В результате работы показано, что наиболее актуальной физической моделью прогнозирования надежности является модель Браве, которая учитывает следующие механизмы деградации приборных характеристик наноразмерных полевых транзисторов: механизм единичного возбуждения или воздействия (Single Vibration Excitation - SVE), когда обрыв Si-H связи инициируется одним носителем, обладающим достаточной энергией; механизм электрон - электронного рассеяния (Electron - Electron Scattering - EES), когда обрыв связи инициируется носителем, получившим часть энергии от другого носителя, в результате акта ударной ионизации и имеющим после этого достаточно энергии для обрыва связи; механизм мульти-вибрационного возбуждения или воздействия (Multi Vibration Excitation - MVE), когда обрыв Si-H связи инициируется последовательной бомбардировкой связи, носителями, обладающими недостаточной для обрыва связи энергией. Показано, что протоны космического излучения, обладающие большой начальной энергией, могут пройти сквозь структуру полевого транзистора, теряя при этом часть своей начальной энергии на ионизационных потерях, и достичь границы раздела Si/SiO₂. При достижении границы раздела протоны могут обладать энергией, достаточной для инициации процесса диссоциации Si-H связей по двум механизмам: механизм единичного возбуждения Si-H связи под воздействием протона (Single Vibration Excitation - '53VEp) - одиночный протон, обладающий достаточной для обрыва связи энергией, сталкивается с атомом водорода и инициирует процесс диссоциации Si-H связи; механизм ударной ионизации - по аналогии с описанным в модели Браве электрон - электронным рассеянием, в данном случае может иметь место протон - электронное рассеяние (Proton-Electron Scattering - PES). На основе модели Браве разработана модель прогнозирования надежности наноразмерных полевых транзисторов, учитывающая возможное влияние космического излучения и позволяющая дать более точный прогноз надежности электронных устройств на их основе. Данная работа отражает современное представление о прогнозировании надежности наноразмерных полевых транзисторах, показывает основные физические механизмы деградации приборных характеристик наноразмерных полевых транзисторов. В данной работе показано, что модели прогнозирования надежности, разработанные для полевых транзисторов с длинным каналом, не подходят для современных наноразмерных устройств, в виду различия механизмов деградации. В рамках данной работы было показано, что существует вероятность влияния космического излучения на деградацию, разработана модель прогнозирования надежности наноразмерных полевых транзисторов, учитывающая данное влияние.

надежность, деградация приборных характеристик, физические механизмы деградации, наноразмерные полевые транзисторы, космическое излучение, модель прогнозирования надежности наноразмерных полевых транзисторов

1. Prabhakar M. Characterization and modeling of hot carrier degradation in sub-micron n-MOSFETs/ M. Prabhakar// Master’s thesis, Nashville, Tennessee. - 2002. - P. 60.

2. White M. Physics-of-Failure Based Modeling and Lifetime Evaluation/ M. White, J.B. Bernstein// California Institute of Technology. - 2008. - P. 210.

3. Grasser T. Hot Carrier Degradation in Semiconductor Devices/ T. Grasser// Springer International Publishing Switzerland, 2015. - P. 517.

4. Клапдор-Клайнгротхаус Г.В. Астрофизика элементарных частиц/ Г.В. Клапдор-Клайнгротхаус, К. Цюбер; под ред. В.А. Беднякова. - М.: Редакция журнала «Успехи физических наук», 2000. - 496 с.

5. Review of particle physics, Pt. 24: Cosmic Rays/K. Nakamura et al.// J. Phys. - Vol. 37. - pp. 269 - 277.

6. Rauch S.E. The energy-driven paradigm of n-MOSFET hot carrier effects/ S.E. Rauch, G.L. Rosa// IEEE Transactions on Electron Devices and Materials Reliability. - 2005. - Vol. 5. - №4. - pp. 701 - 705.

7. Широков Ю.М.Ядерная физика/ Ю.М. Широков, Н.П. Юдин. - М.: Наука, 1980. - 728 с.

8. Лощаков И.И. Введение в дозиметрию и защита от ионизирующих излучений: учебной пособие/ И.И. Лощаков. - Санкт-Петербургский Государственный политехнический университет, 2008. - 145 с.