Моделирование ионизационных токов субмикронных кни кмоп

УДК 621.38(06) Электроника
Н.Р. АСАДУЛЛИНА
Научный руководитель – А.А. КРАСНЮК, к.т.н., доцент
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
МОДЕЛИРОВАНИЕ ИОНИЗАЦИОННЫХ ТОКОВ СУБМИКРОННЫХ КНИ КМОП
ТРАНЗИСТОРОВ
В статье рассмотрены особенности моделирования ионизационных токов в субмикронных КНИ транзисторных
структурах, необходимых при формировании тестовых элементов КМОП СИС.
Вопросы исследования поведения субмикронных КНИ транзисторов при наличии ионизационных токов
являются актуальными для задач создания КНИ СБИС, работающих в экстремальных температурных и
эксплуатационных режимах. Необходимость оценки достоверности результатов расчета требует использования для моделирования тестовых КНИ транзисторных структур, определяемых требованиями соответствующего стандарта [1]. Поэтому в качестве объекта моделирования был принят КНИ транзистор со следующими параметрами: длина и ширина канала соответственно L = 0.12 мкм и W = 0.12 мкм, толщина приборного кремния tsi = 100 нм, толщина подзатворного окисла tox = 10 нм, толщина скрытого оксида tbox = 0,3
мкм; концентрация носителей в канале nch = 1.7*1017 см-3, концентрация носителей в подложке nsub = 6*1016
см-3, сопротивление сток-исток Rds = 100 Ом.
Моделирование производилось в среде Mathcad c применением описания модели BSIM3v3 с учетом радиационных эффектов. При расчетах учитывалась полученная по моделям BSIM SOI зависимость порогового напряжения от напряжения Vbs, показанная на рис.1. При моделировании учитывалось также то, что
ионизационные токи, возникающие в транзисторе, зависят от коэффициента влияния ионизационного тока
α0 , а также от области работы транзистора, то есть от напряжений Vds,Vbs,Vgs и порогового напряжения Vth.
Требовалось учитывать такие параметры как напряжение насыщения, эффективное напряжение сток-исток,
эффективная подвижность в канале.
При параметре влияния тока ионизации α0 = 10-10 В/м, паразитном биполярном токе Ic = 1 мкА, а также
параметре, влияющем на ионизацию столкновения Fbjtii = 10-2 , был рассчитан ток ионизации Iii.
По результатам моделирования ионизационного тока были получены некоторые зависимости этого тока
от внешних параметров, а именно от напряжений Vbs и Vds. На рис.2 приведена зависимость Iii от влияния
напряжения Vbs. Полученные результаты в целом соответствуют экспериментальным данным [2].
Vth , V
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
-1,4
-1,2
-1
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0
Vbs , V
Рис. 1. Зависимость порогового напряжения от напряжения на стоке
Iii,
мкА
6
5
4
3
2
1
0
-1,2
-1
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0
Vbs,
В
Рис. 2. Зависимость тока ионизации от напряжения на стоке
Таким образом, показана возможность моделирования ионизационных токов в среде Маth Cad для тестовых КНИ транзисторов с описанием по стандарту BSIMSOI.
Список литературы
1.
2.
BSIMSOI3.1. // MOSFET Model Manual Copyright. UC Berkeley. 2003.
Чумаков А.И. Действие космической радиации на интегральные схемы. – М.: Радио и связь, 2004.
______________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 15
1