MOSFET器件性能参数退化的SPICE模型研究

摘要

随着电路集成度的提高，器件可靠性问题愈发明显，其中以热载流子效应和负偏压温度不稳定性(NBTI)效应最为显著。这些可靠性问题严重影响了MOSFET器件的性能。目前，已有大量关于MOSFET器件退化机理的研究，但对于能够描述MOSFET器件性能参数退化的SPICE模型较少，因此，研究MOSFET器件性能参数退化的SPICE模型意义重大。
　　本文分别建立了热载流子效应和NBTI效应引起的MOSFET器件性能退化的SPICE模型。对于热载流子退化模型，本文通过分析热载流子效应的退化机理，得出界面态的产生是引起退化的最主要因素，然后根据分析沟道的有效夹断长度与栅漏电压之间的关系，改进了BSIM3v3模型中的衬底电流模型，同时根据幸运电子模型得出了器件退化量与阈值电压、迁移率等参数的关系，建立了热载流子退化的直流和交流模型。对于NBTI退化模型，通过分析测试数据得到了器件性能退化与氧化层电场、偏置电压、温度的关系，研究了在交流NBTI应力下器件的退化过程，得出了占空比越大器件退化量越大，而频率对器件退化并无明显影响的结论，在此基础上，建立了NBTI退化的直流和交流模型。
　　论文对所建立的模型进行了参数提取，结果表明，本文所建热载流子效应和NBTI效应造成的MOSFET器件性能参数退化的SPICE模型的均方误差(RMS)皆在2％以内，达到了预期指标。论文还将所建立的SPICE模型用于环形振荡器电路的仿真，验证了振荡器的频率随工作时间的增加而退化的现象。

目录

声明

摘要

第—章 绪论

1．1 课题背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容与设计指标

1．4 论文的组织结构

第二章 MOSFET器件热载流子退化的SPICE模型建立

2．1 MOSFET器件的热载流子退化机理

2．2 MOSFET器件热载流子退化的幸运电子模型

2．3 MOSFET器件热载流子退化的衬底电流模型

2．4 MOSFET器件热载流子退化的直流SPICE模型

2．5 MOSFET器件热载流子退化的交流SPICE模型

2．6 本章小结

第三章 MOSFET器件NBTI退化的SPICE模型建立

3．1 MOSFET器件的NBTI退化机理

3．3 MOSFET器件NBTI退化的交流SPICE模型

3．4 本章小结

第四章 MOSFET器件性能参数退化SPICE模型参数的提取与验证

4．1 热载流子退化模型的参数提取与验证

4．2 NBTI退化模型的参数提取与验证

4．3 MOSFET器件性能参数退化对电路性能的影响

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献