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研究生:朱建治
研究生(外文):Chien-Chih Chu
論文名稱:矽鍺通道p型金氧半場效應電晶體溫度效應與低頻雜訊之研究
論文名稱(外文):Study on Temperature Effect and Low Frequency Noise in SiGe Channel pMOSFET Devices
指導教授:陳啟文陳啟文引用關係
指導教授(外文):Chii-Wen Chen
口試委員:陳啟文葉文冠陳育廷
口試委員(外文):Chii-Wen ChenWen-Kuan YehYu-Ting Chen
口試日期:2014-07-20
學位類別:碩士
校院名稱:明新科技大學
系所名稱:電子工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:61
中文關鍵詞:應變矽技術矽鍺通道負偏壓溫度不穩定性低頻量測
外文關鍵詞:strained silicon technologysilicon germanium channelnegative bias temperature instabilitylow-frequency measurements.
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隨著半導體的製程技術蓬勃發展,如今已進入奈米等級,元件尺寸不斷的微縮,使單位面積的晶片能夠擁有更多的電晶體數量,進而提升工作頻率及性能,但是然而微影技術仍有技術上瓶頸。
因此思索其他可提升驅動電流的解決方式是有其必要的。其中之一為應變工程技術,利用此關鍵技術以提升載子移動率(Carrier mobility) ,進而改善驅動電流的大小值。此應變技術是利用矽與鍺的晶格常數不同,而產生匹配不均,來產生電晶體通道(矽鍺通道)應變,應變工程一般可分為二種:單軸應變(Uniaxial strain)也稱局部應變(Local strain)和雙軸應變(Biaxial strain)亦稱全面應變(Global strain)。因為n/pMOSFET元件對於應變通道的需求有所不同,以單軸應變在X、Y、Z三方向,會得到不一樣的載子遷移率變化。
在本論文中,從量測開電流變化在我們發現經過應變的元件上,W(X軸方向)尺寸越大應,力越則不受溫度影響;在低頻量測中,我們發現矽鍺通道元件有較好的遷移率,但可靠度量測卻有較明顯的劣化程度。

As semiconductor process technology is now booming into nano level, continuous process scaling, more and more number of transistors in a chip, and thus enhance the operating frequency and performance, but there are more technical bottlenecks lithography .
So, think of other solutions can improve drive current and necessary way. One strain engineering techniques, the use of this critical technology to enhance carrier mobility (Carrier mobility), thereby improving drive current size value. This technique is the use of strain silicon and germanium lattice constant different, and produce uneven match to produce transistor channel (SiGe channel) strain, strain engineering can be divided into two kinds: uniaxial strain (Uniaxial strain), also known as local strain (Local strain) and biaxial strain (Biaxial strain), also known as comprehensive contingency (Global strain). Because n / pMOSFET element needs to be different strain channel to uniaxial strain in three directions X, Y, Z, will get a different carrier mobility change.
From the experimental measurements we found open after the current changes in the strain components W (X axis direction) the larger the size the more stress is not affected by temperature, in the low-frequency measurements, we found that SiGe channel devices have better mobility , another measure on the SiGe device reliability has a more significant degree of deterioration.

第一章 緒論 .....1
1.1 簡介 .....1
1.2 研究動機 .....1
第二章 半導體物理元件與應變矽.....3
2.1 半導體材料 .....3
2.2 晶體的排列 .....3
2.3 載子的傳輸方式 .....4
2.4 能帶與能隙 .....7
2.5 p-n接面 .....9
2.5.1 擴散電流 .....10
2.5.2 空間電荷與空乏區寬度 .....14
2.6 MOSFET元件物理特性 .....16
2.7 MOSFET能帶圖 .....18
2.7.1 反轉層 .....20
2.8 MOSFET元件輸出特性曲線 .....24
2.8.1 截止區(Cutoff Regoin) .....24
2.8.2 線性區(Linear Region) .....25
2.8.3 飽和區(Saturation Region) .....27
2.9 MOSFET元件轉換特性取線 .....28
2.10 遷移率退化(mobility degradation) .....30
2.11 次臨界電壓 .....30
2.11.1 次臨界電壓對元件之重要性 .....33
2.11.2 短通道效應 .....33
2.12 理想MOSFET之C-V特性 .....33
2.12.1 累積區域(Accumulation Region) .....37
2.12.2 空乏區域(Depletion Region) .....37
2.12.3 反轉區域(Inversion Region) .....37
2.13 氧化層電荷 .....38
2.13.1 接面缺陷電荷(Qit) .....38
2.13.2 固定氧化層電荷(Qf) .....39
2.13.3 氧化層缺陷電荷(Qot) .....40
第三章 應變矽元件 .....41
3.1 應變矽元件簡介 .....41
3.2 應變矽元件簡介 .....41
3.3 全面應變矽物理機制 .....42
3.4 局部區域應變 .....43
3.5 非等比例成長與等量成長 .....45
3.6 應變矽元件面臨的問題 .....45
第四章 元件變溫特性之研究 .....47
4.1 元件製作 .....47
4.2 量測曲線分析 .....48
4.2.1 ID-VDS 特性曲線 .....48
4.2.2 ID-VGS 特性曲線 .....48
4.2.3 IG-VGS 特性曲線 .....48
4.3 結果與討論 .....49
第五章 低頻雜訊量測分析 .....53
5.1 低頻雜訊量測介紹 .....53
5.2 結果與討論 .....54
第六章 可靠度電性之研究 .....55
6.1 可靠度量測曲線分析與參數設定 .....55
6.1.1 ID-VDS 特性曲線 .....55
6.1.2 ID-VGS 特性曲線 .....55
6.1.3 參數設定 .....56
6.2 量測流程 .....57
6.3 結果與討論 .....58
第七章 總結論 .....59
參考文獻 .....60
作者簡介 .....61


[1]R.K.Cavin, et al., “Science and Engineering Beyond Moore's Law,”Proceedings of the IEEE, vol.100, no.Special Centennial Issue, pp.1720,1749, May 13 2012.
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