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部分耗尽结构绝缘体上硅器件的低频噪声特性

王凯 刘远 陈海波 邓婉玲 恩云飞 张平

部分耗尽结构绝缘体上硅器件的低频噪声特性

王凯, 刘远, 陈海波, 邓婉玲, 恩云飞, 张平
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  • 针对部分耗尽结构绝缘体上硅(silicon-on-insulator, SOI)器件低频噪声特性展开实验与理论研究. 实验结果表明, 器件低频噪声主要来源于SiO2-Si界面附近缺陷态对载流子的俘获与释放过程; 基于此理论可提取前栅和背栅氧化层界面附近缺陷态密度分别为8×1017 eV-1·cm-3和2.76×1017 eV-1·cm-3. 基于电荷隧穿机理, 在考虑隧穿削弱因子、隧穿距离与时间常数之间关系的基础上, 提取了前、背栅氧化层内缺陷态密度随空间的分布情况. 此外, SOI器件沟道电流归一化噪声功率谱密度随沟道长度的增加而线性减小, 这表明器件低频噪声主要来源于沟道的闪烁噪声. 最后, 基于电荷耦合效应, 分析了背栅电压对前栅阈值电压、沟道电流以及沟道电流噪声功率谱密度的影响.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 61204112, 61204116)、中国博士后科学基金(批准号: 2012M521628)和SOI 研发中心基金(批准号: 62401110320)资助的课题.
    [1]

    Eggert D, Huebler P, Huerrich A, Kuerck H, Budde W, Vorwerk M 1997 IEEE Trans. Electron. Dev. 44 1981

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    Rozeau O, Jomaah J, Haendler S, Boussey J, Balestra F 2000 Analog Integr. Circ. Sign. Process. 25 93

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    Liu Y, Wu W J, Li B, En Y F, Wang L, Liu Y R 2014 Acta Phys. Sin. 63 098503 (in Chinese) [刘远, 吴为敬, 李斌, 恩云飞, 王磊, 刘玉荣 2014 物理学报 63 098503]

    [4]

    Fung T C, Baek G, Kanicki J 2010 J. Appl. Phys. 108 074518

    [5]

    Alok K, Manoj K P, Sujata P, Gupta A K 2005 J. Semicond. Technol. Sci. 5 187

    [6]

    Akarvardar K, Dufrene B M, Cristoloveanu M, Gentil P, Blalock B J, Mojarradi M M 2006 IEEE Trans. Electron. Dev. 53 829

    [7]

    McWhorter A L 1957 Semiconductor Surface Physics (Philadelphia: University of Pennsylvania Press) pp207-228

    [8]

    Jomaah J, Balestra 2004 IEE Proc. Circ. Dev. Syst. 151 111

    [9]

    Ghibaudo G, Roux O, Nguyen-Duc C, Balestra F, Brini J 1991 Phys. Status Solidi A 124 571

    [10]

    Christensson S, Lundstrom I, Svensson C 1968 Solid State Electron. 11 797

    [11]

    Liu Y, Wu W J, En Y F, Wang L, Lei Z F, Wang X H 2014 IEEE Electron. Dev. Lett. 35 369

    [12]

    Jayarman R, Sodini C G 1989 IEEE Trans. Electron. Dev. 36 1773

    [13]

    Lukyanchikova N, Garbar N, Smoianka A 2004 IEEE Electron. Dev. Lett. 25 433

    [14]

    Ohata A, Pretet J, Cristoloveanu S, Zaslavsky A 2005 IEEE Trans. Electron. Dev. 52 124

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    Ghibaudo G, Roux O, Nguyen-Duc C, Balestra F, Brini J 1991 Phys. Status Solidi A 124 571

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出版历程
  • 收稿日期:  2014-10-09
  • 修回日期:  2014-12-02
  • 刊出日期:  2015-05-05

部分耗尽结构绝缘体上硅器件的低频噪声特性

  • 1. 暨南大学信息科学与技术学院, 广州 510632;
  • 2. 工业和信息化部电子第五研究所, 电子元器件可靠性物理及其应用技术国家重点实验室, 广州 510610;
  • 3. 中国电子科技集团公司第五十八研究所, 无锡 214035
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 61204112, 61204116)、中国博士后科学基金(批准号: 2012M521628)和SOI 研发中心基金(批准号: 62401110320)资助的课题.

摘要: 针对部分耗尽结构绝缘体上硅(silicon-on-insulator, SOI)器件低频噪声特性展开实验与理论研究. 实验结果表明, 器件低频噪声主要来源于SiO2-Si界面附近缺陷态对载流子的俘获与释放过程; 基于此理论可提取前栅和背栅氧化层界面附近缺陷态密度分别为8×1017 eV-1·cm-3和2.76×1017 eV-1·cm-3. 基于电荷隧穿机理, 在考虑隧穿削弱因子、隧穿距离与时间常数之间关系的基础上, 提取了前、背栅氧化层内缺陷态密度随空间的分布情况. 此外, SOI器件沟道电流归一化噪声功率谱密度随沟道长度的增加而线性减小, 这表明器件低频噪声主要来源于沟道的闪烁噪声. 最后, 基于电荷耦合效应, 分析了背栅电压对前栅阈值电压、沟道电流以及沟道电流噪声功率谱密度的影响.

English Abstract

参考文献 (14)

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