Hot Carrier Effect와 개선방법

소개글

Hot Carrier Effect의 정의와 개선방법에 대해서 정리한 리포트입니다.

목차

서론
Hot Carrier Effect란
Hot Carrier 주입 메카니즘
Hot Carrier Effect 개선방안

본문내용

VLSI 기술이 발달하여 회로의 집적도가 높아져서 MOSFET의 채널길이가 서브마이크론으로 감소됨에 따라 종래의 long 채널 소자에서 볼 수 없었던 여러 단채널 효과(Short channel effect)들이 발생한다. 단채널 효과는 Punch-through에 의한 낮은 breakdown voltage, 문턱전압(Threshold voltage)의 감소, DIBL(Drain induced barrier lowering)효과, 문턱전압 이하 기울기의 특성저하, CMOS의 latch-up 특성저하, hot carrier 효과 등이 있다. 이러한 단채널 효과들 중에서 가장 문제가 되고 있는 것이 바로 hot carrier 효과이다. NMOSFET의 경우 핫 캐리어 효과에 의해 기판전류(Substrate current)가 증가하고 문턱전압이 증가하며, 트랜스컨덕턴스가 감소한다. 또한 소자 수명이 감소되는 심각한 문제점을 안고 있다. 이러한 핫 캐리어 효과에 의 한 소자의 열화는 드레인 부근의 채널영역에서 강한 전계에 의해서 발생하므로 전계를 감소시키기 위해 드레인부분의 도핑농도를 낮게 하는 LDD(lightly doped drain)구조가 제안되어 일반적으로 널리 이용되고 있다.

Hot Carrier Effect란
공급전원을 일정하게 유지시키면서 채널 길이를 감소시키면 채널의 드레인 끝 가까운 곳에서 캐리어에 가해지는 최대전계는 증가한다. 캐리어들이 소스에서 드레인으로 이동함에 따라 드레인접합의 고 전계 영역에서 충돌이온화(Impact ionization)을 일으킬 수 있을 정도로 충분히 큰 운동에너지를 얻게 된다. 이 캐리어들의 일부는 Si-SiO2 계면의 장벽을 넘어 산화막으로 들어갈 수가 있다. 이렇게 높은 열에너지(Thermal energy)보다 큰 에너지를 가지고 있는 캐리어들은 더 이상 격자와 열적인 평형상태를 유지하지 못한다. 이 같은 캐리어들을 핫 캐리어(Hot carrier)라고 부른다.

충돌 이온화가 일어나면, 핫 캐리어가 이차 전자-정공 쌍(Secondary electron-hole pair)을 생성시킨다. 이때 전자들이 드fp인과 소스사이에 흐르는 전류를 형성하고, 생성된 정공들이 전계에 의해 기판으로 이동해 기판전류를 형성한다. 이 미세한 기판전류는 원하지 않는 영향을 미치게 된다. 또한 MOSFET의 기판전류가 충분히 크거나 많은 수의 전자가 이동하여 MOSFET에 흐르는 기판전류의 합이 충분히 크다면 기판전류는 기판에 바이어스가 인가되어 회로에 오동작을 초래하게 된다.
큰 기판전류는 기판에서 전압강하를 일으키고 소스가 항상 접지되어 있으므로 소스기판 접합에 순방향 바이어스를 인가한 것과 같게 된다. 그러므로 드레인과 연결되어 MOSFET과 병렬로 기생 바이폴라 트랜지스터가 생긴다

참고 자료

☞ A study on hot carrier immunity WSW device development for high density chip realization - 청주대학교 대학원
☞ Influence of hydrogen in gate oxide on CMOS device characteristics during hot carrier injection - 성균관대학교
☞ Analysis of Electrical Characteristics of Deep Sub-micron NMOS Hot-Carrier Effects - 충북대학교
☞ A study on the device degradation by hot carrier in deep submicron scale LDD nMOSFET - 서울대학교
☞ 반도체 물성과 소자 (3판) - Neamen
☞ 고체전자공학 (5판) - Streetman
☞ 집적회로 프로세스 - 이희철
☞ http://next10.yeskisti.net/index.jsp
☞ http://www.kps.or.kr/home/kor/