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Experimental evaluation of interface states during time-dependent dielectric breakdown of GaN-based MIS-HEMTs with LPCVD-SiNχgate dielectric
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作者 赵亚文 李柳暗 +8 位作者 阙陶陶 丘秋凌 何亮 刘振兴 张津玮 吴千树 陈佳 吴志盛 刘扬 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第6期419-425,共7页
We experimentally evaluated the interface state density of GaN MIS-HEMTs during time-dependent dielectric breakdown(TDDB).Under a high forward gate bias stress,newly increased traps generate both at the SiNx/AlGaN int... We experimentally evaluated the interface state density of GaN MIS-HEMTs during time-dependent dielectric breakdown(TDDB).Under a high forward gate bias stress,newly increased traps generate both at the SiNx/AlGaN interface and the SiNx bulk,resulting in the voltage shift and the increase of the voltage hysteresis.When prolonging the stress duration,the defects density generated in the SiNx dielectric becomes dominating,which drastically increases the gate leakage current and causes the catastrophic failure.After recovery by UV light illumination,the negative shift in threshold voltage(compared with the fresh one)confirms the accumulation of positive charge at the SiNx/AlGaN interface and/or in SiNx bulk,which is possibly ascribed to the broken bonds after long-term stress.These results experimentally confirm the role of defects in the TDDB of GaN-based MIS-HEMTs. 展开更多
关键词 GaN-based MIS-HEMTs gate dielectric time-dependent dielectric breakdown interface states
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Increases in Lorentz Factor with Dielectric Thickness
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作者 J. W. McPherson 《World Journal of Condensed Matter Physics》 CAS 2016年第2期152-168,共17页
For many years, a Lorentz factor of L = 1/3 has been used to describe the local electric field in thin amorphous dielectrics. However, the exact meaning of thin has been unclear. The local electric field E<sub>l... For many years, a Lorentz factor of L = 1/3 has been used to describe the local electric field in thin amorphous dielectrics. However, the exact meaning of thin has been unclear. The local electric field E<sub>loc</sub> modeling presented in this work indicates that L = 1/3 is indeed valid for very thin solid dielectrics (t<sub>diel</sub> ≤ 20 monolayers) but significant deviations from L = 1/3 start to occur for thicker dielectrics. For example, L ≈ 2/3 for dielectric thicknesses of t<sub>diel</sub> = 50 monolayers and increases to L ≈ 1 for dielectric thicknesses t<sub>diel</sub> > 200 monolayers. The increase in L with t<sub>diel</sub> means that the local electric fields are significantly higher in thicker dielectrics and explains why the breakdown strength E<sub>bd</sub> of solid polar dielectrics generally reduces with dielectric thickness t<sub>diel</sub>. For example, E<sub>bd</sub> for SiO<sub>2</sub> reduces from approximately E<sub>bd</sub> ≈ 25 MV/cm at t<sub>diel</sub> = 2 nm to E<sub>bd</sub> ≈ 10 MV/cm at t<sub>diel</sub> = 50 nm. However, while E<sub>bd</sub> for SiO<sub>2</sub> reduces with t<sub>diel</sub>, all SiO<sub>2</sub> thicknesses are found to breakdown at approximately the same local electric field (E<sub>loc</sub>)<sub>bd</sub> ≈ 40 MV/cm. This corresponds to a coordination bond strength of 2.7 eV for the silicon-ion to transition from four-fold to three-fold coordination in the tetrahedral structure. 展开更多
关键词 dielectrics dielectric breakdown Local Electric Field Lorentz Factor time-dependent dielectric breakdown tddb Bond Breakage Thermochemical E-Model
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空间辐射环境下SiC功率MOSFET栅氧长期可靠性研究
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作者 杜卓宏 肖一平 +2 位作者 梅博 刘超铭 孙毅 《电子元件与材料》 CAS 北大核心 2024年第2期182-189,共8页
利用等效1 MeV中子和γ射线对1200 V SiC功率MOSFET进行辐射,研究了电离损伤和位移损伤对器件的影响,并分析了辐射后器件栅氧长期可靠性。结果表明:中子辐射后器件导通电阻发生明显退化,与辐射引入近界面缺陷降低载流子寿命和载流子迁... 利用等效1 MeV中子和γ射线对1200 V SiC功率MOSFET进行辐射,研究了电离损伤和位移损伤对器件的影响,并分析了辐射后器件栅氧长期可靠性。结果表明:中子辐射后器件导通电阻发生明显退化,与辐射引入近界面缺陷降低载流子寿命和载流子迁移率有关。时间依赖的介质击穿(TDDB)结果表明,栅泄漏电流呈现先增加后降低趋势,与空穴捕获和电子捕获效应有关。中子辐射后栅漏电演化形式未改变,但氧化层击穿时间增加,这是中子辐射缺陷增加了Fowler-Nordheim(FN)隧穿势垒的缘故。总剂量辐射在器件氧化层内引入陷阱电荷,使得器件阈值电压负向漂移。随后的TDDB测试表明,与中子辐射一致,总剂量辐射未改变栅漏电演化形式,但氧化层击穿时间提前。这是总剂量辐射在氧化层内引入额外空穴陷阱和中性电子陷阱的缘故。 展开更多
关键词 SiC功率MOSFET 电离辐射 中子辐射 时间依赖的介质击穿(tddb) 可靠性
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栅极面积和ESD结构对AlGaN/GaN MIS-HEMTs中LPCVD-SiNx栅介质TDDB特性的影响
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作者 戚永乐 王登贵 +5 位作者 周建军 张凯 孔岑 孔月婵 于宏宇 陈堂胜 《固体电子学研究与进展》 CAS 北大核心 2021年第3期229-234,共6页
基于CMOS兼容性GaN工艺,研制出具有低压化学气相沉积SiNx栅介质的硅基AlGaN/GaN异质结金属-绝缘层-半导体高电子迁移率晶体管(MIS-HEMTs)器件。通过威布尔统计分析,研究了栅介质面积和静电释放(ESD)结构对SiNx的经时击穿(TDDB)特性的影... 基于CMOS兼容性GaN工艺,研制出具有低压化学气相沉积SiNx栅介质的硅基AlGaN/GaN异质结金属-绝缘层-半导体高电子迁移率晶体管(MIS-HEMTs)器件。通过威布尔统计分析,研究了栅介质面积和静电释放(ESD)结构对SiNx的经时击穿(TDDB)特性的影响。结果表明,较小的栅介质面积有利于更长的器件寿命,而ESD保护结构有利于提升器件栅介质在高电压应力下的可靠性和稳定性,主要原因为SBD的寄生电容可有效吸收电脉冲感应在介质薄膜中产生的电荷。最后,通过线性E模型预测具有35 nm厚LPCVD-SiNx栅介质的AlGaN/GaN MIS-HEMTs在栅极电压为13 V条件下的击穿寿命可达20年(0.01%,T=25℃)。 展开更多
关键词 氮化镓金属-绝缘层-半导体高电子迁移率晶体管 栅介质 静电释放结构 经时击穿
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电子回旋共振氮等离子体氧化后退火对4H-Si CMOS电容TDDB特性的影响
5
作者 汤斌 李文波 +3 位作者 刘冰冰 刘道森 秦福文 王德君 《固体电子学研究与进展》 CAS CSCD 北大核心 2015年第2期191-196,201,共7页
SiC MOS器件氧化膜可靠性是SiC器件研究中的重要方面。本文对4H-SiC MOS结构进行电子回旋共振(ECR)氮等离子体氧化后退火工艺处理,采用阶跃电流经时击穿以及XPS分析的方法对其氧化膜稳定性进行了电学以及物理性质方面上的分析。经分析... SiC MOS器件氧化膜可靠性是SiC器件研究中的重要方面。本文对4H-SiC MOS结构进行电子回旋共振(ECR)氮等离子体氧化后退火工艺处理,采用阶跃电流经时击穿以及XPS分析的方法对其氧化膜稳定性进行了电学以及物理性质方面上的分析。经分析氮等离子体处理8min的样品击穿时间和单位面积击穿电荷量都有了明显提高,并且早期失效比率有了明显降低。实验结果表明,经过适当时间的处理,ECR氮等离子体氧化后退火工艺可以有效地降低界面缺陷的密度,提高界面处激活能,从而提高绝缘膜耐受电流应力的能力。 展开更多
关键词 碳化硅 金属氧化物半导体电容 氧化膜经时击穿 氮等离子体氧化后退火
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薄栅介质陷阱密度的求解和相关参数的提取 被引量:2
6
作者 刘红侠 郝跃 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第9期952-956,共5页
采用恒定电流应力对薄栅氧化层 MOS电容进行了 TDDB评价实验 ,提出了精确测量和表征陷阱密度及累积失效率的方法 .该方法根据电荷陷落的动态平衡方程 ,测量恒流应力下 MOS电容的栅电压变化曲线和应力前后的高频 C- V曲线变化求解陷阱密... 采用恒定电流应力对薄栅氧化层 MOS电容进行了 TDDB评价实验 ,提出了精确测量和表征陷阱密度及累积失效率的方法 .该方法根据电荷陷落的动态平衡方程 ,测量恒流应力下 MOS电容的栅电压变化曲线和应力前后的高频 C- V曲线变化求解陷阱密度 .从实验中可以直接提取表征陷阱的动态参数 .在此基础上 ,可以对器件的累积失效率进行精确的评估 . 展开更多
关键词 薄栅氧化膜 经时击穿 陷阱密度 累积失效率 CMOS集成电路
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衬底热空穴导致的薄栅介质经时击穿的物理模型研究
7
作者 刘红侠 郝跃 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2002年第7期982-986,共5页
该文定量研究了热电子和空穴注入对薄栅氧化层击穿的影响,讨论了不同应力条件下的阈值电压变化,首次提出了薄栅氧化层的经时击穿是由热电子和空穴共同作用的结果,并对上述实验现象进行了详细的理论分析,提出了薄栅氧化层经时击穿分两步... 该文定量研究了热电子和空穴注入对薄栅氧化层击穿的影响,讨论了不同应力条件下的阈值电压变化,首次提出了薄栅氧化层的经时击穿是由热电子和空穴共同作用的结果,并对上述实验现象进行了详细的理论分析,提出了薄栅氧化层经时击穿分两步。首先注入的热电子在薄栅氧化层中产生陷阱中心,然后空穴陷入陷阱导致薄栅氧击穿。 展开更多
关键词 衬底热空穴 薄栅介质 物理模型 薄栅氧化层 经时击穿
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氮氢混合等离子体处理对SiC MOS电容可靠性的影响 被引量:2
8
作者 王晓琳 刘冰冰 +1 位作者 秦福文 王德君 《固体电子学研究与进展》 CAS CSCD 北大核心 2016年第1期71-77,共7页
研究了ECR(Electron cyclotron resonance)氮氢混合等离子体表面处理及氧化后退火处理工艺对SiC MOS电容可靠性的影响。通过I-V特性及经时击穿特性测试对处理后样品可靠性进行评价,结果表明经过ECR氮氢混合等离子体氧化后退火处理后,样... 研究了ECR(Electron cyclotron resonance)氮氢混合等离子体表面处理及氧化后退火处理工艺对SiC MOS电容可靠性的影响。通过I-V特性及经时击穿特性测试对处理后样品可靠性进行评价,结果表明经过ECR氮氢混合等离子体氧化后退火处理后,样品绝缘性、击穿电荷量及寿命等可靠性能均明显提高,再经过ECR氮氢混合等离子体表面处理后样品可靠性进一步提升,预计在3 MV/cm场强下平均寿命可达到10年左右。通过C-V特性测试及界面组成分析对改善样品可靠性的物理机理进行研究,发现ECR氮氢混合等离子体处理可以有效的降低界面态密度,其中氧化后退火处理很好地钝化了SiOxCy和碳团簇等界面缺陷,而表面处理使SiC表面平整化,有效降低表面态密度,抑制了界面态的产生,进而共同增强了SiC MOS电容的可靠性。 展开更多
关键词 碳化硅 可靠性 电子回旋共振等离子体 表面处理 经时击穿
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片上栅氧经时击穿失效监测电路与方法 被引量:1
9
作者 辛维平 庄奕琪 李小明 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第11期2188-2193,共6页
栅氧经时击穿(Time Dependent Dielectric Breakdown(TDDB))等失效机理引起的失效是电路失效的主要原因之一,而这些电路的失效可能会造成灾难性的后果.本文提出了一种片上、能对栅氧经时击穿引起的失效进行实时预报的电路及方法.当栅氧... 栅氧经时击穿(Time Dependent Dielectric Breakdown(TDDB))等失效机理引起的失效是电路失效的主要原因之一,而这些电路的失效可能会造成灾难性的后果.本文提出了一种片上、能对栅氧经时击穿引起的失效进行实时预报的电路及方法.当栅氧经时击穿引发电路或系统失效时,本监测电路会发出报警信号.本监测电路采用标准的CMOS工艺,只占用很小的芯片面积,同时它只与宿主电路共用电源信号,从而不会给宿主电路带来任何干扰.本监测电路采用0.18μmCMOS工艺实现了投片验证. 展开更多
关键词 栅氧经时击穿 实时 可靠性 预报 寿命
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一种MTM反熔丝器件的击穿特性
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作者 龙煌 田敏 钟汇才 《微纳电子技术》 北大核心 2017年第5期293-296,318,共5页
制备了一种基于高介电常数材料氧化铪(HfO2)薄膜作为核心绝缘介质层的金属-金属(MTM)反熔丝单元结构。基于此结构,使用钛(Ti)和氮化钛(TiN)分别作为MTM反熔丝结构中的过渡层和阻挡层,得到了致密、均匀、无针孔缺陷以及上下电极接触良好... 制备了一种基于高介电常数材料氧化铪(HfO2)薄膜作为核心绝缘介质层的金属-金属(MTM)反熔丝单元结构。基于此结构,使用钛(Ti)和氮化钛(TiN)分别作为MTM反熔丝结构中的过渡层和阻挡层,得到了致密、均匀、无针孔缺陷以及上下电极接触良好的反熔丝单元。讨论了反熔丝单元的击穿过程及击穿现象,并重点研究了该结构的击穿特性和时变击穿(TDDB)特性。研究结果表明,此结构不仅具有良好的工艺一致性和较低的击穿电压(4.3 V),并且工作电压(1.8 V)下的时变击穿时间超过13年。其结构可以进一步应用于反熔丝型现场可编程逻辑阵列(FPGA)的互连结构。 展开更多
关键词 反熔丝 金属-金属(MTM) 击穿电压 时变击穿(tddb) E模型 可靠性
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大马士革工艺中等离子体损伤的天线扩散效应
11
作者 赵悦 杨盛玮 +2 位作者 韩坤 刘丰满 曹立强 《半导体技术》 CAS 北大核心 2019年第1期51-57,72,共8页
等离子体技术的广泛应用给工艺可靠性带来了挑战,等离子体损伤的评估成为工艺可靠性评估的重要内容之一。针对大马士革工艺中的等离子体损伤问题,提出了天线扩散效应,确定了相应工艺的天线扩散系数,提高了工艺可靠性评估的准确性。根据... 等离子体技术的广泛应用给工艺可靠性带来了挑战,等离子体损伤的评估成为工艺可靠性评估的重要内容之一。针对大马士革工艺中的等离子体损伤问题,提出了天线扩散效应,确定了相应工艺的天线扩散系数,提高了工艺可靠性评估的准确性。根据不同介质层沉积对器件的影响,确定了等离子体增强化学气相沉积(PECVD)是大马士革工艺中易造成等离子体损伤的薄弱环节之一。实验结果表明,同种工艺满足相同的天线扩散效应,此时工艺参数的改变不会影响天线扩散系数。对带有不同天线结构的PMOS器件进行可靠性分析,得知与密齿状天线相比,疏齿状天线对器件的损伤更严重,确定了结构面积和间距是影响PECVD工艺可靠性水平的关键参数。 展开更多
关键词 大马士革工艺 天线扩散效应 等离子体增强化学气相沉积(PECVD) 等离子体损伤 经时击穿(tddb)
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高温氧化对SiC MOS器件栅氧可靠性的影响
12
作者 周钦佩 张静 +3 位作者 夏经华 许恒宇 万彩萍 韩锴 《半导体技术》 CSCD 北大核心 2017年第10期754-758,共5页
SiC金属氧化物半导体(MOS)器件中SiO_2栅氧化层的可靠性直接影响器件的功能。为了开发高可靠性的栅氧化层,将n型4H-SiC(0001)外延片分别在1 200,1 250,1 350,1 450和1 550℃5种温度下进行高温干氧氧化实验来制备SiO_2栅氧化层。在室温下... SiC金属氧化物半导体(MOS)器件中SiO_2栅氧化层的可靠性直接影响器件的功能。为了开发高可靠性的栅氧化层,将n型4H-SiC(0001)外延片分别在1 200,1 250,1 350,1 450和1 550℃5种温度下进行高温干氧氧化实验来制备SiO_2栅氧化层。在室温下,对SiC MOS电容样品的栅氧化层进行零时击穿(TZDB)和与时间有关的击穿(TDDB)测试,并对不同干氧氧化温度处理下的栅氧化层样品分别进行了可靠性分析。结果发现,在1 250℃下进行高温干氧氧化时所得的击穿场强和击穿电荷最大,分别为11.21 MV/cm和5.5×10-4C/cm^2,势垒高度(2.43 eV)最接近理论值。当温度高于1 250℃时生成的SiO_2栅氧化层的可靠性随之降低。 展开更多
关键词 SiC金属氧化物半导体(MOS)器件 零时击穿(TZDB) 与时间有关的击穿(tddb) 干氧氧化 可靠性
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金属电迁移测试过程中的电介质击穿效应
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作者 于赫薇 尹彬锋 +1 位作者 周柯 钱燕妮 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2015年第4期314-318,共5页
金属互连电迁移有断路失效和短路失效两种常规失效模式,其中短路失效是由于发生了析出效应。目前对电迁移断路失效的研究较多,但是对于析出效应(短路失效)的研究较少。研究发现在金属电迁移析出效应监测过程中易产生两种电介质击穿效... 金属互连电迁移有断路失效和短路失效两种常规失效模式,其中短路失效是由于发生了析出效应。目前对电迁移断路失效的研究较多,但是对于析出效应(短路失效)的研究较少。研究发现在金属电迁移析出效应监测过程中易产生两种电介质击穿效应,分别为在实验刚开始发生的瞬时电介质击穿(TZDB)效应和测试过程中产生的时间依赖性电介质击穿(TDDB)效应。此外,电介质层材料的介电常数值越高,其耐电介质击穿的能力越高。析出效应的监测电场强度的设定值应该同时考虑电介质层材料与测试结构的特性,监测电场强度的设定范围建议为0.15~0.24 MV/cm,以防止在析出效应监测过程中发生电介质击穿,混淆两种不同的失效机理,造成误判。 展开更多
关键词 金属电迁移 短路失效模式 析出效应 时间依赖性电介质击穿(tddb)效应 瞬时电介质击穿 ( TZDB) 效应
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一种GaAs基Si3N4薄膜斜坡电压测试方法及其应用
14
作者 林锦伟 《半导体技术》 CAS 北大核心 2020年第11期899-904,共6页
为快速、准确地评估Si3N4薄膜的可靠性,参照联合电子设备工程委员会(JEDEC)的相关标准,采用斜坡电压法在5 V/s和0.5 V/s两种加压速率下对厚度为100 nm的GaAs基Si3N4薄膜进行测试,测试样品的总面积不小于20 cm2。结合斜坡电压法的测试结... 为快速、准确地评估Si3N4薄膜的可靠性,参照联合电子设备工程委员会(JEDEC)的相关标准,采用斜坡电压法在5 V/s和0.5 V/s两种加压速率下对厚度为100 nm的GaAs基Si3N4薄膜进行测试,测试样品的总面积不小于20 cm2。结合斜坡电压法的测试结果,评估该Si3N4薄膜生产工艺的可靠性风险程度和Si3N4薄膜的耐压水平、缺陷密度和良率水平,并且为经时击穿(TDDB)线性电场模型预估Si3N4薄膜的寿命提供可靠数据。结果表明,当目标良率为99.99%时,5 V/s和0.5 V/s下Si3N4薄膜的耐压值分别为23 V和18 V;当目标良率为95%时,5 V/s和0.5 V/s下Si3N4薄膜的耐压值分别为87 V和82 V。另外,该Si3N4薄膜的非本征击穿比例为0.11%,该类型的击穿数据可用于评估生产工艺的可靠性风险程度。 展开更多
关键词 斜坡电压法 SI3N4 击穿电压 可靠性 经时击穿(tddb)
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基于混合威布尔模型的片式钽电容器早期失效分析
15
作者 潘齐凤 阳元江 +1 位作者 刘桥 彭永燃 《电子元件与材料》 CAS CSCD 北大核心 2019年第4期88-93,共6页
由于现行片式钽电容器威布尔失效率定级方法对失效数进行了两点式的线性化处理,忽略了击穿时间分布信息,不能为产品的早期失效分析提供有效线索。本文引入混合威布尔模型,采用电压加速方法,收集片式钽电容器的击穿时间分布信息,绘制累... 由于现行片式钽电容器威布尔失效率定级方法对失效数进行了两点式的线性化处理,忽略了击穿时间分布信息,不能为产品的早期失效分析提供有效线索。本文引入混合威布尔模型,采用电压加速方法,收集片式钽电容器的击穿时间分布信息,绘制累积密度失效分布曲线,分析显示其早期失效符合二重混合威布尔分布。基于威布尔分布形状参数与失效机理具有直接关联性的基本理论,分析了片式钽电容器潜在的失效原因,对优化生产工艺、提升质量和可靠性具有指导意义。 展开更多
关键词 片式钽电容器 早期失效 经时介质击穿 混合威布尔模型 形状参数 失效机理
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薄栅氧化层中陷阱电荷密度的测量方法 被引量:6
16
作者 刘红侠 郑雪峰 郝跃 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2002年第1期163-166,共4页
提出了一种测量陷阱电荷密度的实验方法 ,该方法根据电荷陷落的动态平衡方程 ,利用恒流应力前后MOS电容高频C V曲线结合恒流应力下栅电压的变化曲线求解陷阱电荷密度及位置等物理量 .给出了陷阱电荷密度的解析表达式和相关参数的提取方... 提出了一种测量陷阱电荷密度的实验方法 ,该方法根据电荷陷落的动态平衡方程 ,利用恒流应力前后MOS电容高频C V曲线结合恒流应力下栅电压的变化曲线求解陷阱电荷密度及位置等物理量 .给出了陷阱电荷密度的解析表达式和相关参数的提取方法和结果 . 展开更多
关键词 薄栅氧化膜 经时击穿 恒流应力 陷阱电荷密度 测量方法 超大规模集成电路 可靠性
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高温氢气退火提高硅片质量的研究 被引量:1
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作者 邹子英 闵靖 《功能材料与器件学报》 CAS CSCD 2004年第2期259-263,共5页
研究了硅片高温氢气退火的工艺技术,实验显示,在高温1150℃,在高纯氢气氛中退火处理至少60min,在硅片表面产生约50μm以上的洁净层。测试了退火后硅片中氧的深度分布,发现硅片表面有一层低氧区,能提高硅片的质量,使氧化层错的密度降低... 研究了硅片高温氢气退火的工艺技术,实验显示,在高温1150℃,在高纯氢气氛中退火处理至少60min,在硅片表面产生约50μm以上的洁净层。测试了退火后硅片中氧的深度分布,发现硅片表面有一层低氧区,能提高硅片的质量,使氧化层错的密度降低一个数量级,测试数据还表明高温氢退火对降低COP缺陷的密度和提高氧化层的质量也有一定的效果。 展开更多
关键词 高温氢退火 氧沉淀 晶体原生颗粒(COP) 氧化层错 与时间有关的介质击穿(tddb)
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