热载流子就是具有高能量的载流子,即其动能高于平均热运动能量(~kT)的载流子;因此其运动速度也一定很高。
热载流子诱生的MOS器件退化是由于高能量的电子和空穴注入栅氧化层引起的,注入的过程中会产生界面态和氧化层陷落电荷,造成氧化层的损伤。随着损伤程度的增加,器件的电流电压特性就会发生改变。当器件参数改变超过一定限度后,器件就会失效,器件损伤的程度和机理取决于器件的工作条件。
当载流子从外界获得了很大能量时,即可成为热载流子。例如在强电场作用下,载流子沿着电场方向不断漂移,不断加速,即可获得很大的动能,从而可成为热载流子。
对于半导体器件,当器件的特征尺寸很小时,即使在不很高的电压下,也可产生很强的电场,从而易于导致出现热载流子。因此,在小尺寸器件以及大规模集成电路中,容易出现热载流子。由于热载流子所造成的一些影响,就称为热载流子效应。
重要效应
其一是非线性的速度电场关系:Si中的载流子在高电场时即呈现出漂移速度饱和现象,这就是由于热载流子发射光学波声子(约0。05eV)的结果。GaAs中的电子当被电场“加热”到能量kTe达到0。31eV时(Te是所谓热载流子温度),即从主能谷跃迁到次能谷,从而产生负阻现象。
其二是碰撞电离效应:热电子与晶格碰撞、并打破价键,即把价电子激发到导带而产生电子空穴对的一种作用,碰撞电离需要满足能量和动量守恒,所需要的能量Ei3Eg2,碰撞电离的程度可用所谓电离率来表示,与电场E有指数关系:Aexp(EikTe)Aexp(BE)。当倍增效应很严重时,即导致产生击穿现象。
造成后果
这些热载流子效应所造成的影响,有的是很有用处的。例如nGaAs中出现的负阻现象,即可用来实现所谓转移电子器件一种重要的微波毫米波器件。又如,利用MOSFET中的热载流子可以向栅...
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