Заряд окисла

В n-короткоканальных транзисторах около стока в сильном продольном электрическом поле часть электронов может набирать достаточно большую энергию («горячие электроны») и будут интенсивно участвовать в лавинном пробое.

Существенным эффектом для работы короткоканальных приборов, который возникает при больших полях, является зарядка окисла. Оказывается, что при высоких продольных электрических полях часть электронов, двигаясь в канале, разогревается до энергии, достаточной для преодоления энергетического барьера на границе Si-SiO₂ (более 3 эВ), и инжектируется в окисел. Горячие электроны могут инжектироваться в окисел также из электронно-дырочной плазмы лавинного пробоя в области отсечки канала у границы со стоком. Кроме того, в SiO₂ могут инжектироваться электроны, термически генерированные в объеме подложки и разогретые большим поперечным электрическим полем на пути к границе раздела. Отметим, что, при инжекции горячих электронов во-первых, пороговое напряжение при зарядке окисла становится более положительным и, во-вторых, снижается крутизна МОП-транзистора (меньший наклон I-V-зависимости) вследствие уменьшения подвижности в канале. Кроме того, возрастают подпороговые токи прибора вследствие увеличения плотности поверхностных состояний.

Уменьшение электрического поля в канале в районе стока увеличивает надежность прибора. Для этой цели используются слаболегированные стоки (lightly doped drain, LDD). Целью использования слабого легирования стока является уменьшение пика электрического поля в районе стока.

Электрическое поле канала практически не проникает в сильнолегированную область стока (>10²⁰ см^-3) и резко спадает на очень малых длинах экранирования (~1 нм). Если в районе стока внедрить небольшую слаболегированную область (~2⋅10¹⁹см^-3), то поле начнет спадать не так резко, увеличивая эффективную длину канала и, соответственно, уменьшая свои пиковые значения в конце канала (рис.4.26).

Кроме того, слаболегированные области истока и стока ослабляют геометрический эффект короткого канала. Расчеты показывают, что оптимальной структурой, с точки зрения минимизации электрических нолей, является расположение LDD областей под затвором. Недостатком использования LDD является некоторое увеличение последовательного сопротивления стока и истока.

Для замедления деградации и увеличения тем самым срока службы прибора приходится также ограничивать напряжение питания прибора.

Рисунок 4.26 – Схема распределения электрического поля вдоль канала, иллюстрирующая уменьшение пикового значения электрического поля в слаболегированном стоке