El equipo conjunto de investigación de primera línea e IMEC desarrolla un modelo de análisis de NWFET para explorar el mecanismo físico de la HCD.
A la vanguardia de la investigación de chips
En la 27ª conferencia IEEE IPCF, IMEC anunció resultados de investigación conjunta con las famosas universidades europeas KU Leuven y TU Wien. El equipo amplió el modelo de investigación del efecto HCD (degradación del portador caliente), considerando de manera integral la correlación e interacción del efecto HCD y el efecto de autocalentamiento, y esto se verificó en mediciones reales de transistores de nanocables.
En dispositivos de circuitos integrados avanzados, la reducción en el tamaño del dispositivo es mayor que la reducción en el voltaje de operación y el voltaje de tensión de polarización, lo que resulta en un alto campo eléctrico, además, la longitud del canal del transistor es igual a; o más corto que el portador. El camino libre medio, la energía disipada por los portadores debido a la dispersión se reduce considerablemente. En conjunto, los factores conducirán a una aceleración significativa de los portadores, lo que luego conducirá a una degradación significativa de los portadores calientes* (HCD). En los dispositivos de transistores de nanocables y los dispositivos de circuitos integrados con tamaños de 10 nm y sub-10 nm, como los FinFET, el efecto HCD se agrava aún más debido al efecto de autocalentamiento, que se considera el problema más perjudicial para la confiabilidad del dispositivo.
Sin embargo, el fenómeno de inestabilidad de la temperatura de polarización (BTI), estrechamente relacionado con el HCD, es menos destructivo en los transistores que en el HCD. En los últimos años se han propuesto y verificado medios técnicos para controlar y mitigar la IAV. La mayoría de estos trabajos se basan en dos puntos: uno es transferir la banda defectuosa a una región de energía que los portadores no pueden alcanzar ajustando la función de trabajo, y el otro es introducir un dipolo entre la capa de SiO y la capa de alta k. Sin embargo, hasta el momento, no existen formas efectivas de frenar los efectos de la HCD, y una mejor comprensión de los mecanismos físicos que causan la HCD ayudará a explorar formas de frenar los efectos de la HCD.
El autocalentamiento mejora el efecto HCD, y los modelos precisos de predicción de HCD deben considerar el impacto del autocalentamiento. Sin embargo, los modelos actuales para simular el impacto del autocalentamiento en el HCD se basan en experiencias experimentales y en conjeturas y suposiciones aisladas, y son unilaterales. Para profundizar la comprensión del mecanismo de detección del HCD y establecer un modelo de investigación que se acerque más a las condiciones de funcionamiento reales del circuito, IMEC, Ku Leuven y Tu Wen propusieron y verificaron conjuntamente un nuevo modelo físico. Los resultados relevantes se publicaron en la 27ª Conferencia Internacional del IEEE sobre Física y Análisis de Fallos de Circuitos Integrados (IPFA, Simposio Internacional sobre Física y Análisis de Fallos de Circuitos Integrados, Stanislav Tyaginov y Alexander Makarov del IMEC y dos famosas universidades europeas, etc.) Diez investigaciones. Los miembros son coautores del artículo, que fue financiado por el programa Marie Curie Scholars en el marco del programa de investigación Horizonte 2020 de la UE.
*Degradación del portador caliente: la degradación del portador caliente, también conocida como degradación del portador caliente, significa que algunos portadores dentro del dispositivo se ven afectados por el mundo exterior y se convierten en portadores calientes de alta energía. Estos portadores calientes romperán el enlace Si-H y generarán estados de interfaz, lo que en última instancia conducirá a una reducción en el tiempo libre medio del portador y la movilidad de los electrones, reduciendo así la fuente y la corriente de drenaje del dispositivo. A medida que aumenta el tiempo de funcionamiento, la degradación de las características eléctricas clave del dispositivo se vuelve cada vez más evidente. Cuando la degradación supera un cierto nivel, provocará el fallo del dispositivo o incluso de todo el chip, provocando graves problemas de fiabilidad.
Transistor de efecto de campo de nanocables tipo PNWFETS, una estructura de dispositivo de transistor integral de puerta GAA.
Basándose en los principios básicos de la física, el equipo de investigación propuso y verificó un marco de modelado para el autocalentamiento y la degradación del portador caliente (HCD). Las investigaciones muestran que los factores que influyen en el autocalentamiento del HCD se superponen desde muchos aspectos: en primer lugar, las características de transporte del portador a temperatura distribuida, en segundo lugar, la dependencia de la temperatura de la vida vibratoria de los enlaces químicos y, en tercer lugar, la contribución térmica del enlace. disociación. Para resolver los cambios de temperatura de la red causados por el efecto de autocalentamiento, el equipo resolvió de manera integral la ecuación de deriva-difusión y la fórmula del flujo de calor muestra que el impacto de la distribución no uniforme de la temperatura en el transporte de portadores tiende a ser la función de distribución de energía del portador; a la región de alta energía. El marco ampliado por nuestro equipo de investigación puede reproducir con precisión el proceso de degradación de portadores calientes de pNWFET en un entorno experimental.
También se descubrió que si se ignora el efecto de autocalentamiento, la gravedad del efecto HCD calculado por el modelo será mucho menor que el valor real observado.
Explorando el mecanismo físico de HCD" img _ height = " 376 " img _ width = " 928 " data-src = "//img q 8 q 578 . 92 y 56 FB 5 ca 6 jpg " src = "/a 2020/img/data-img. Explore el mecanismo físico de HCD" img _ height = " 553 " img _ width = " 862 " data-src = "//img q8 q 578 com/ef/0705/175 e 7 be 8 DC 6a 6 f 4. jpg "src="/a 2020/img. Explore el mecanismo físico de HCD" img _ height = " 552 " img _ width = " 866 " data-src = "//img q8 com/ef/0705/499 e6e 679 a jpg " src =. " /a2020/img/datos. Explore el mecanismo físico de HCD" img _ height = " 527 " img _ width = " 800 " data-src = "//img q8 com/ef/0705/24 a4 Fe 86 e 409 c 77 e. jpg " src = "/a 2020/img/data-img. Explore el mecanismo físico de 859507db5e3d7.jpg " img _ height = " 700 " img _ width = " 945 " data-src = "//img q8 com/ef/0705/25c " src = "/a 2020. /img/data-img. Explore el mecanismo físico de HCD" img _ height = " 335 " img _ width = " 1080 " data-src = "//imgq 8 com/ef/0705/c 1386 e0c 77366 jpg " src =. "/. Explore el mecanismo físico de HCD" img _ height = " 944 " img _ width = " 1360 " data-src = "/imgq 8 q 578 com/ef/0705/276 fee ab 1dc 474 be . " /A20. Explore el mecanismo físico de HCD" img_height = "944" img_width = "1362" data-src = "/imgq 8 com/ef/0705/0 b 78 b 9604 e 12f jpg " src = "/*. Minimos-NT es un software de simulación de dispositivos semiconductores de uso general que puede proporcionar análisis de señales pequeñas, transitorias y en estado estable de cualquier geometría de dispositivo bidimensional y tridimensional. El software fue desarrollado de forma independiente por el Instituto de Microelectrónica de la Universidad Técnica de Viena y se utiliza para estudiar las características físicas de dispositivos de circuitos integrados.
IMEC, KU Leuven y TU Wien de universidades famosas establecieron un modelo físico innovador para realizar una investigación en profundidad sobre la relación entre el efecto de autocalentamiento de los transistores de nanocables y el mecanismo físico de degradación del portador caliente. Los transistores de nanocables están a punto de entrar en la etapa de producción en masa. Se espera que este logro sea de gran importancia para mejorar la tasa de rendimiento y la confiabilidad del dispositivo de los transistores de nanocables en el futuro. La investigación y el desarrollo ampliados basados en este logro también serán beneficiosos. el desarrollo de procesos de futuras nanohojas y dispositivos de chips de horquilla.
El líder del equipo, el Dr. Stanislav Tyaginov, nació en San Petersburgo, Rusia. Recibió su doctorado en Física en 2006 y es miembro de los comités de planificación técnica del IIRW y del IRPS. Lideró el establecimiento del equipo de desarrollo del modelo HCD en el Instituto Duveen de Microelectrónica y publicó más de 100 artículos en revistas científicas y actas de congresos. Actualmente, las áreas de investigación del Dr. Tyaginov incluyen: simulación de modelos físicos de transistores, investigación sobre los efectos HCD en transistores basados en Si y carburo de silicio, modelado de BTI y ruptura retardada, y tunelización en dispositivos MOS.
IMEC, nombre completo: Centro Universitario Internacional de Microelectrónica, Centro Belga de Investigación en Microelectrónica, es una empresa fundada en? 1984? El centro de investigación y desarrollo tecnológico está ubicado en? La sede está ubicada en Lovaina, Bélgica. ¿PIEM? En el campo de la nanoelectrónica y las tecnologías digitales, IMEC está estratégicamente posicionado como un importante centro de innovación líder a nivel mundial con visión de futuro. ¿De donde? 2004? Participó en la investigación y el desarrollo de tecnologías de chips de vanguardia de 45 nm a 7 nm.
El Instituto Tecnológico de Viena (TU Wien), anteriormente conocido como Instituto Imperial de Tecnología de Viena, es una universidad integral establecida como Instituto de Tecnología de la Real Academia de Ciencias del Imperio Austro-Húngaro. También es la primera universidad técnica en los países de habla alemana. Es reconocida a nivel internacional y nacional por su docencia e investigación y es una de las mejores universidades de Europa.
KU Leuven es la institución más alta de Bélgica, una de las 100 mejores universidades del mundo y una de las diez mejores universidades de Europa. Sus disciplinas relacionadas con circuitos integrados se encuentran entre las mejores de Europa y mantiene una cooperación profunda e integral con el IMEC de Bélgica en la investigación y el desarrollo de tecnología de circuitos integrados.
Enlace original:
https://ieeexplore.ieee.org/document/9260648