Modeling of Floating-Body Effect on Negative Bias Temperature Instability Degradation of Double-gate MOSFETs

توضیحات

ABSTRACT

In this paper, the effect of Floating-Body (FB) on the Negative Bias Temperature Instability (NBTI) degradation
of undoped double-gate (DG) MOSFETs is modeled and investigated through solving the one-dimensional (1- ) Poisson’s equation considering the NBTI effect in the inversion region. The accuracy of the model is verified by the finite difference method (FDM). The results of the model are in very good agreement with those of the numerical method. These results show that in FB devices, the accumulation of the NBTI stress generated electrons in the device floating body, leads to a decrease in the body potential, oxide field, and inversion charge and as a result decrease the generation of interface traps and degradation of device. Moreover, in devices with thinner body, the volume density of generated electrons is larger which result in more degradation of the oxide field and inversion charge density in these devices.

INTRODUCTION

Multigate MOSFET devices including double-gate (DG) MOSFETs are among most promising nanoscale devices for suppressing the short-channel effects including Drain Induced Barrier Lowering (DIBL), threshold voltage roll off, and subthreshold slope degradation . Undoped or lightly doped DG MOSFET has the advantages of ideal subthreshold slope, improved short channel characteristics, enhanced mobility and being free of dopant associated performance fluctuations . One of the crucial reliability issues for nanoscale PMOSFET devices including double-gate MOSFET is Negative Bias Temperature Instability (NBTI). This instability originates from the generation of traps at the Si/Oxide interface of negatively biased devices at elevated temperatures. The NBTI phenomenon degrades important parameters of the device such as threshold voltage,  transconductance, drive current, and carrier mobility . As a result, NBTI is a dominant factor which limits the PMOSFET lifetime. Modeling efforts on NBTI have been mainly concentrated on conventional bulk PMOSFET devices.

چکیده

در این مقاله، اثر Floating-Body (FB) بر ناپایداری دمای منفی بی ثباتی (NBTI) در اثر تخریب MOSFET های دو دروازه لغزش (DG) مدل سازی شده و از طریق حل معادله ی یک بعدی (1) پواسون با توجه به NBTI اثر در منطقه inversion. دقت مدل با روش اختلاف محدود (FDM) تایید شده است. نتایج مدل ها با روش های عددی توافق بسیار خوبی دارند. این نتایج نشان می دهد که در دستگاه های FB، تجمع تنش NBTI باعث ایجاد الکترون در بدن شناور دستگاه می شود، منجر به کاهش پتانسیل بدن، میدان اکسید و بار inversion شده و در نتیجه کاهش تولید تله های رابط و تخریب دستگاه علاوه بر این، در دستگاه های با بدن نازک تر، حجم چگالی الکترون های تولید شده بزرگتر است که منجر به تخریب بیشتر میدان های اکسید و چگالی بار inversion در این دستگاه ها می شود.

مقدمه

دستگاه های MOSFET Multigate شامل دو باتری (DG) MOSFET ها یکی از ابزارهای نانومقیاس امیدوار کننده برای سرکوب شدن اثرات کوتاه مدت از جمله کاهش DLL، کاهش آستانه ولتاژ و تخریب شیب زیراب است. DG MOSFET دارای Undefined یا به آرامی Doped DG دارای مزایای شیب زیربنای ایده آل، بهبود ویژگی های کانال کوتاه، ارتقاء حرکت و آزاد بودن نوسانات عملکرد مربوط به Dopant می باشد. یکی از مسائل مربوط به قابلیت اطمینان مهم برای دستگاه های PMOSFET نانومواد، از جمله MOSFET دو باتری، بی ثباتی درجه حرارت ناسازگار (NBTI) است. این بی ثباتی ناشی از تولید تله ها در رابط سی / اکسید دستگاه های منفی منفی در دمای بالا است. پدیده NBTI پارامترهای مهم دستگاه مانند ولتاژ آستانه، transconductance، جریان درایو و تحرک حامل را کاهش می دهد. به عنوان یک نتیجه، NBTI یک عامل غالب است که طول عمر PMOSFET را محدود می کند. تلاش های مدل سازی بر روی NBTI عمدتا بر روی دستگاه های PMOSFET فله ای متمرکز شده است.

Year: 2010

Publisher : Eighteenth International Energy Conference of Iran

By :  Nayereh Ghobadi, Ali Afzali-Kusha, and Ebrahim Asl-Soleimani

File Information: English Language/ 6 Page / size: 872 KB

Download

سال :1389

ناشر : هجدهمین کنفرانس بین المللی برق ایران

کاری از : نهره قبادی، علی افضلی کوشا و ابراهیم السلویمانی

اطلاعات فایل : زبان انگلیسی / 6 صفحه / حجم : KB 872

لینک دانلود