Nghiên cứu mô phỏng các yếu tố ảnh hưởng đến nhiễu điện báo ngẫu nhiên (RTN) trong dòng điện rò GIDL của Saddle MOSFET

Bài viết Nghiên cứu mô phỏng các yếu tố ảnh hưởng đến nhiễu điện báo ngẫu nhiên (RTN) trong dòng điện rò GIDL của Saddle MOSFET trình bày các yếu tố ảnh hưởng đến nhiễu RTN trong dòng điện rò GIDL của Saddle MOSFET như điện áp, số lượng bẫy nhằm cung cấp cho quý vị cái nhìn toàn diện hơn về ảnh hưởng của nhiễu RTN tới hiệu năng của một trong những transistor tiềm năng, Saddle MOSFET.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu mô phỏng các yếu tố ảnh hưởng đến nhiễu điện báo ngẫu nhiên (RTN) trong dòng điện rò GIDL của Saddle MOSFET Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2016. ISBN : 978-604-82-1980-2 NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NHIỄU ĐIỆN BÁO NGẪU NHIÊN (RTN) TRONG DÒNG ĐIỆN RÒ GIDL CỦA SADDLE MOSFET Nguyễn Gia Quân Trường Đại học Thủy lợi, email: quanng@tlu.edu.vn 1. GIỚI THIỆU CHUNG Mô hình Saddle MOSFET trong mô phỏng Nhiễu RTN trong dòng điện rò GIDL bắt được thể hiện ở hình 1.a. Vùng giao giữa cực đầu được ghi nhận lần đầu tiên cách đây vài cổng và cực nguồn/máng (S/D) được thiết kế năm và trở thành một trong những đề tài hấp nhằm giảm thiểu dòng điện rò GIDL. Hình 1.b dẫn khi công nghệ sản xuất linh kiện bán dẫn và 1.c lần lượt là các mặt cắt tại cổng và tại ngày một cải tiến [1] [2]. Kích thước của linh phần thân của transistor. Chiều dài của vùng kiện ngày một thu nhỏ hơn, ảnh hưởng của làm giàu nồng độ thấp của cực máng/nguồn nhiễu RTN sẽ ngày một lớn hơn [3]. Nhiễu (LDD S/D) là 21nm trong khi đó của vùng làm RTN xảy ra khi các bẫy trong lớp oxide hoặc giàu nồng độ cao là khoảng 33nm. Lớp SiO2 trong lớp tiếp giáp Si/SiO2 bắt hạt mang điện dày 3.5nm. Phần thân vây có độ dày là 20nm, hay giải phóng các hạt mang điện [4] [5] [6]. được nối trực tiếp với phần đế. Nồng độ làm Dòng điện rò GIDL là một trong những giàu của phần thân là 1.1017 cm-3 trong khi nguyên nhân chính ảnh hưởng đến thời gian nồng độ của phần LDD là 5.1018 cm-3. Chiều nạp điện (VRT) của bộ nhớ DRAM. Dòng dài của cực cổng là 20nm. điện rò GIDL hình thành khi electron chuyển từ vùng hóa trị sang vùng dẫn bằng hiệu ứng đường hầm (direct-tunneling) hay dưới sự trợ giúp của bẫy (traps, indirect-tunneling) tại khu vực giữa cực gate và cực drain của MOSFET [7]. Trong nghiên cứu này, chúng tôi sẽ trình bày các yếu tố ảnh hưởng đến nhiễu RTN trong dòng điện rò GIDL của Saddle MOSFET như điện áp, số lượng bẫy nhằm cung cấp cho quý vị cái nhìn toàn diện hơn về ảnh hưởng của nhiễu RTN tới hiệu năng của một trong những transistor tiềm năng, Saddle MOSFET. 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trong nghiên cứu này chúng tôi sử dụng mô phỏng 3D transistor Saddle MOSFET bằng phần mềm TCAD [8]. Saddle MOSFET là một trong những mô hình transistor hấp dẫn bởi nó có những ưu điểm như dòng điện Hình 1: Mô hình Saddle MOSFET và vị trí làm việc lớn, hiệu ứng DIBL nhỏ [9] [10]. bẫy trong lớp oxide 416 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2016. ISBN : 978-604-82-1980-2 Mô phỏng của bẫy oxide được đặt trong ΔI D ⎛ ΔF ⎞ ⎛ 2 F ΔF ⎞ = ⎜1 + ⎟ exp ⎜ −1 (1) phần oxide giữa cực cổng và cực máng như ID ⎝ F ⎠ ⎜ F2 ⎟ ⎟ ⎝ Γ ,n ⎠ mô tả trong hình 1.d. Ở mỗi vị trí của bẫy, ΔI D ⎛ ΔF ⎞ chúng tôi tiến hành xác định sự chênh lệch = exp ⎜ B ⋅ 2 ⎟ − 1 (2) ID ⎝ F ⎠ của dòng điện rò GIDL khi bẫy trung hòa và khi bẫy được nạp 1 điện tử có điện tích - : cường độ điện trường do electron gây ra 1,602.10-19 C. F: cường độ điện trường do điện áp VDG gây ra 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Khi bẫy oxide trong vùng giữa cực gate và cực drain bắt một điện tử, điện trường ở phần tiếp giáp tăng lên, do đó, hiệu ứng đường hầm trở nên dễ xảy ra hơn và dòng điện rò GIDL (ID) tăng lên. Trước hết, để xác định tác động của điện áp giữa cực drain và cực gate lên nhiễu RTN trong dòng rò GIDL, chúng tôi khảo sát sự thay đổi của ΔID/ID khi tăng dần điện áp VDG từ 0,9V đến 2,1V. Trong hình 2, ta thấy tỉ lệ Hình 2: ΔID/ID thay đổi theo điện áp VDG ΔID/ID tăng dần và đạt giá trị lớn nhất 76% tại VDG = 1,3V sau đó giảm nhanh và đạt giá trị khoảng 4 - 5% khi VDG = 2,1V. Trong nửa đầu của đồ thị, dòng điện rò GIDL hình thành chủ yếu do sự trợ giúp của bẫy tồn tại trong lớp oxide hay lớp tiếp giáp Si/SiO2 (indirec- tunneling) nên tỉ lệ ΔID/ID tuân theo công thức (1) đã được báo cáo trước đây [11]. Trong khi đó, ở nửa sau của đồ thị, dòng điện rò GIDL hình thành do điện tử chuyển lên vùng dẫn bởi hiệu ứng đường hầm trực tiếp (direct-tunneling) nên tỉ lệ ΔID/ID tuân theo công thức (2) [12]. Hình 3: ID thay đổi theo số lượng bẫy Tiếp theo, nhằm khảo sát sự ảnh hưởng của số lượng bẫy đến nhiễu RTN trong dòng rò GIDL, chúng tôi khảo sát sự thay đổi tỉ lệ ΔID/ID khi có một bẫy bắt electron, khi có hai bẫy bắt electron và khi có ba bẫy bắt electron, các bẫy này được đặt trong lớp oxide, vị trí chính xác của các bẫy xin xem trong hình 3. Qua hình 3 và hình 4, chúng tôi nhận thấy, khi số lượng bẫy tăng lên thì dòng điện rò GIDL cũng như tỉ lệ ΔID/ID tăng lên rất nhanh chóng, có thể đạt đến hơn 200% khi có ba bẫy bắt electron ở điện áp VDG = 1,0V ÷ 1,2V. Hình 4: ΔID/ID thay đổi theo số lượng bẫy 417 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2016. ISBN : 978-604-82-1980-2 4. KẾT LUẬN [5] E. Simoen, B. Dierickx, C. L. Claeys, and G. J. Declerk, Explaining the amplitude of Trong nghiên cứu này chúng tôi đã khảo RTS Noise in submicrometer MOSFETs, sát sự phụ thuộc vào điện áp và số lượng bẫy IEEE Trans. Electron Devices, vol. 39, no. của nhiễu RTN trong dòng điện rò GIDL của 2, pp. 422-429, 1992. Saddle M ...