【可靠性】陷阱电荷对TDDB影响的多尺度模拟

【From Accelerated to Operating Conditions: How Trapped Charge Impacts on TDDB in SiO2 and HfO2 Stacks】

文章总结:

本研究深入探讨了在SiO2和HfO2介质堆叠中,陷阱电荷对时间依赖介电击穿(TDDB)现象的影响。通过引入载流子注入(CI)模型,并结合多尺度模拟工具Ginestra®,研究者们提供了一个更为全面的TDDB现象解释,并准确预测了在操作条件下的介电击穿寿命。研究发现,陷阱电荷的存在显著改变了TDDB寿命预测,这一影响在低电压下尤为显著,而在高电压下则可以忽略不计。此外,研究还揭示了陷阱电荷与介质堆中缺陷前体的微观特性相结合时,对TDDB动态和漏电流的综合影响。

研究背景:

现代电子设备中,基于互补金属氧化物半导体(CMOS)技术的介电击穿是关键的失效机制之一。尽管已有多种理论模型能够描述加速条件下的介电击穿实验趋势,但它们在预测操作条件下的设备寿命时存在显著差异。因此,研究者寻求一个统一的模型,能够准确预测不同材料系统中操作条件下的设备寿命。

研究目的:

本研究旨在通过将陷阱电荷的影响纳入CI模型,提供一个更为完整的介电击穿现象描述,并准确估计SiO2和HfO2介质堆在操作条件下的介电击穿寿命。同时,研究探索了陷阱电荷与缺陷前体的微观特性相结合时,对TDDB和氧化物中的漏电流的综合影响。

实验方法:

研究者使用了多尺度模拟工具Ginestra®进行TDDB分布的模拟。通过密度泛函理论(DFT)计算获取材料和缺陷前体的微观特性参数,并在模拟中考虑了不同的P位点热能(ETH)值,以研究它们对TDDB和漏电流的影响。模拟包括了多种传导机制,并考虑了电极工作函数、氧化物性质和厚度等因素。

模拟结果:

模拟结果显示,在低电压下,陷阱电荷显著延迟了SiO2中的TDDB过程,而在高电压下,其影响几乎可以忽略。相反,在HfO2中,陷阱电荷的存在加速了TDDB过程。此外,研究还发现,不同的ETH值对TDDB动态和漏电流有显著影响。

在SiO2中,陷阱电荷的存在通过屏蔽效应减缓了后续的电荷捕获过程,从而延迟了TDDB。而在HfO2中,由于存在多种电荷状态的缺陷,陷阱电荷的存在增加了局部电场,加速了电荷捕获过程和介电击穿。这些结果与随机电报噪声研究和实验数据相一致,证实了模拟方法的可靠性。

研究的创新点:

  1. 创新性地将陷阱电荷的影响纳入CI模型,提供了一个更为全面的介电击穿现象描述。
  2. 通过模拟揭示了陷阱电荷对TDDB寿命预测的显著影响,特别是在低电压条件下。
  3. 研究了不同材料系统中缺陷前体的微观特性对TDDB和漏电流的综合影响。

研究意义:

本研究对于理解和预测现代电子设备中介电材料的可靠性具有重要意义。通过准确估计介电击穿寿命,可以为器件设计和寿命预测提供更可靠的依据,进而指导未来的材料选择和工艺优化。此外,研究结果对于提高电子设备的稳定性和延长其使用寿命具有实际应用价值,特别是在低电压操作条件下。

  • 图 1:展示了不同模型对加速条件下TDDB数据的拟合情况。这些模型包括E-Model、1/E-Model等,它们在低电场下的表现有所不同,其中E-Model最为保守,而1/E-Model最为乐观。

  • 图 2:分别展示了SiO2和HfO2中缺陷前体和缺陷生成机制的示意图。图中详细描述了在SiO2中宽O-Si-O键作为缺陷前体,以及在HfO2中氧空位(Vo)作为最常见的缺陷前体。图中还展示了当这些缺陷前体捕获电子后,如何通过一系列过程形成Frenkel对(即中性Vo和氧离子O2-),进而影响材料的介电击穿。

  • 图 3:通过模拟展示了在SiO2中,当存在和不存在附近捕获的2e-电荷时,P位点处的局部电势(VLOC)的变化。图中提供了在低和高VAPP(应用电压)条件下,通过P位点的2D电势图和1D局部电势剖面图,说明了捕获电荷对局部电势的影响。

  • 图 4:展示了在考虑和不考虑Poisson方程中的捕获电荷项时,P位点的捕获时间常数(τc)的评估。说明捕获电荷对介电击穿过程中电荷注入动力学的影响。

  • 图 5:展示了用于模拟的TiN/SiO2/Si和TiN/HfO2/TiN器件堆叠的结构示意图。这些堆叠结构用于研究TDDB分布,并且展示了器件的面积和层厚等参数。

  • 图 6:展示了用于模拟的P位点的热能(ETH)值的六组不同设置。图中解释了ETH(T1)和ETH(T2)分别与第一次和第二次电子捕获相关,并保持它们之间的能量差为0.5 eV。

  • 图 7:展示了在SiO2基堆叠上进行的主要统计TDDB模拟结果,包括考虑和不考虑Poisson方程中捕获电荷项的情况。图中包括了电流与时间的模拟结果、Weibull图以及从Weibull图中提取的击穿时间与应用电压的关系。

  • 图 8:展示了在SiO2基堆叠上进行的统计TDDB模拟结果,这些结果考虑了不同的P位点热能(ETH)值。图中包括了电流与时间的模拟结果、Weibull图以及从Weibull图中提取的击穿时间与应用电压的关系。

  • 图 9:展示了模拟数据与实验数据的对比。图中的模拟数据是基于考虑捕获电荷影响的CI模型,而实验数据来自于2.67nm SiO2 MOS电容的TDDB测量。

  • 图 10:展示了在不同P位点热能(ETH)值下,对SiO2基堆叠的漏电流的影响。图中包括了在考虑和不考虑捕获电荷项的情况下,通过DC模拟得到的漏电流结果。

  • 图 11:与图 7类似,但针对的是HfO2基堆叠的TDDB模拟结果。图中展示了考虑和不考虑捕获电荷项的情况下,电流与时间的模拟结果、Weibull图以及击穿时间与应用电压的关系。

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:/a/520605.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系我们进行投诉反馈qq邮箱809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

【MySQL的详细使用教程】

🎥博主:程序员不想YY啊 💫CSDN优质创作者,CSDN实力新星,CSDN博客专家 🤗点赞🎈收藏⭐再看💫养成习惯 ✨希望本文对您有所裨益,如有不足之处,欢迎在评论区提出…

Redis高可用和持久化

一、Redis高可用 在web服务器中,高可用是指服务器可以正常访问的时间,衡量的标准是在多长时间内可以提供正常服务(99.9%、99.99%、99.999%等等)。 但是在Redis语境中,高可用的含义似乎要宽泛一些,除了保证提…

Pytorch转onnx

pytorch 转 onnx 模型需要函数 torch.onnx.export。 def export(model: Union[torch.nn.Module, torch.jit.ScriptModule, torch.jit.ScriptFunction],args: Union[Tuple[Any, ...], torch.Tensor],f: Union[str, io.BytesIO],export_params: bool True,verbose: bool False…

《QT实用小工具·十六》IP地址输入框控件

1、概述 源码放在文章末尾 该项目为IP地址输入框控件,主要包含如下功能: 可设置IP地址,自动填入框。 可清空IP地址。 支持按下小圆点自动切换。 支持退格键自动切换。 支持IP地址过滤。 可设置背景色、边框颜色、边框圆角角度。 下面…

网址打包微信小程序源码 wap转微信小程序 网站转小程序源码 网址转小程序开发

内容目录 一、详细介绍二、效果展示2.效果图展示 三、学习资料下载 一、详细介绍 我们都知道微信小程序是无法直接打开网址的。 这个小程序源码提供了一种将网址直接打包成微信小程序的方法, 使得用户可以在微信小程序中直接访问这些网址内容。 这个源码没有进行加…

Python3 Ubuntu

一、安装中文输入法 1.sudo apt install ibus-sunpinyin 2.点击右上角输入法,然后点击加号,输入yin添加进来,最后选中输入法即可 二、安装截屏软件 1.sudo apt install gnome-screenshot 三、安装opencv-python 1.pip3 install --upgrade…

第九讲 Join 算法

1. 为什么我们需要 Join 我们对关系数据库中的表【tables】进行规范化【normalize】,这样我们就减少了信息的冗余和浪费的空间,但是现在我们为了可以响应传入的查询【Query】,我们必须把这些分离的东西重新组合在一起,以重建原始…

瑞吉外卖实战学习--15、批量启售和批量禁售

批量启售和批量禁售 前言代码实现 前言 代码实现 通过url我们可以获取到传过来的ids和状态值&#xff0c;现根据状态值查询出来相关数据然后直接附加状态值最后通过updateBatchById来进行修改 PostMapping("/status/{status}")public R<String> updateStatus(…

嵌入式学习48-单片机1

51单片机—————8位单片机 裸机驱动 无系统 linux驱动 有系统 驱动-----反映硬件变化 MCU 微控器 MPU CPU GPU 图像处理 IDE 集成开发环境 peripheral 外设 SOC&#xff1a; system on chip P0&#xff1a;8bit——8个引脚 位运算 & …

彩虹聚合DNS管理系统v1.0全新发布

聚合DNS管理系统&#xff08;https://github.com/netcccyun/dnsmgr&#xff09;可以实现在一个网站内管理多个平台的域名解析&#xff0c;目前已支持的域名平台有&#xff1a;阿里云、腾讯云、华为云、西部数码、CloudFlare。本系统支持多用户&#xff0c;每个用户可分配不同的…

python 01操作符与流程控制

一、算术运算符 , , *, /, %, **, // 二、赋值运算符 , , -, *, /, %, **, // 三、比较运算符 四、逻辑操作符 五、变量与赋值 赋值运算符是 &#xff0c;与比较运算符 进行区分 需要注意的是&#xff0c;python的变量是不可变对象&#xff0c;如果变量的值发生改变&…

[AIGC] Spring Interceptor 拦截器详解

文章目录 什么是Spring Interceptor如何使用Spring InterceptorSpring Interceptor的影响 什么是Spring Interceptor Interceptor&#xff08;拦截器&#xff09;是Spring MVC框架中的一种特性&#xff0c;类似于Servlet开发中的Filter&#xff08;过滤器&#xff09;&#xf…

【PyQt5篇】使用QtDesigner添加控件和槽

文章目录 &#x1f354;使用QtDesigner进行设计&#x1f6f8;在代码中添加信号和槽 &#x1f354;使用QtDesigner进行设计 我们首先使用QtDesigner设计界面 得到代码login.ui <?xml version"1.0" encoding"UTF-8"?> <ui version"4.0&q…

Java_18 字符串中的单词反转

字符串中的单词反转 你在与一位习惯从右往左阅读的朋友发消息&#xff0c;他发出的文字顺序都与正常相反但单词内容正确&#xff0c;为了和他顺利交流你决定写一个转换程序&#xff0c;把他所发的消息 message 转换为正常语序。 注意&#xff1a;输入字符串 message 中可能会…

移动端适配方案总结之vw

1、vw/vh是什么&#xff1f; vw是&#xff1a;viewport width 视口宽度单位 vh是&#xff1a; viewport height 视口高度单位 实际开发中我们基本用vw&#xff1b; 2.相对视口的尺寸计算结果 1vw 1/100视口宽度 1vh 1/100视口高度 例如&#xff1a; 当前屏幕视口是 375像素…

数据结构---顺序表实现

目录 1.顺序表 2.动态顺序表的实现 &#xff08;4&#xff09;顺序表初始化 &#xff08;5&#xff09;顺序表销毁 &#xff08;6&#xff09;顺序表的插入 a.尾插 b.头插 &#xff08;7&#xff09;顺序表的删除 a.尾删 b.头删 &#xff08;8&#xff09;指定位置之…

【大数据存储】spark-编程

实验8-spark编程 实验&#xff1a;编写Spark应用程序&#xff08;掌握Spark应用程序的编写、编译打包和运行方法&#xff09; 1、对于两个输入文件A和B&#xff0c;编写Spark独立应用程序&#xff0c;对两个文件进行合并&#xff0c;并剔除其中重复的内容&#xff0c;得到一个…

VSCode如何调试C#代码?

1、启动VSCode&#xff1b; 一、创建项目 1、创建一个文件夹(workspace)&#xff1a; 2、进入这个文件夹 cd tt1 3、创建解决方案 dotnet new sln -o MyApp 4、进入解决方案 cd .\MyApp\ 5、创建项目&#xff08;在此假定为一个命令行的项目&#xff09; dotnet new …

例47:键盘事件演示

建立一个EXE工程&#xff0c;在默认窗体上放一个Image框和一一个text框。在text的按键事件中输入代码&#xff1a; Function Form1_Text1_WM_KeyDown(hWndForm As hWnd, hWndControl As hWnd,nVirtKey As Long, lKeyData As Long) As LongIf nVirtKey VK_SPACE ThenImage1.Pi…

Django的html在for遍历后显示“一、二、三...”和“1,2,3...”分级标题

例如当天的html为&#xff1a; {% load static %} {% csrf_token %} <!DOCTYPE html> <html> <head><title>生活规划师</title><link rel"stylesheet" href"{% static css/LifePlanningGuide.css %}"><script src…