電荷泵技術(shù)(Charge Pumping)經(jīng)過(guò)四十多年的發(fā)展,通過(guò)測(cè)量MOS 晶體管中的界面電荷,已成為測(cè)量和表征 MOS 器件界面性質(zhì)的最有效、最可靠,并被廣泛接受的技術(shù)。
下面就開(kāi)始介紹電荷泵技術(shù)在表征CMOS工藝器件界面特性方面的實(shí)驗(yàn)流程和理論依據(jù)。
電荷泵(eharge pumping CP)測(cè)量裝置如圖1所示,柵極外加周期性脈沖,源漏極分別加相同的反偏壓,襯底接地。
在周期性的脈沖電壓作用下,MOSFET的溝道重復(fù)地在積累與反型之間變換。當(dāng)脈沖加在柵上,襯底接收到一股與源、漏PN結(jié)反向漏電流方向相反的直流電流。
該電流是由于溝道內(nèi)的反型載流子被界面態(tài)俘獲,然后與襯底的多子在界面處發(fā)生復(fù)合,就相當(dāng)于一部分少子從源、漏結(jié)被抽取到襯底。
▲圖1
目前電荷泵測(cè)試技術(shù)主要有兩種脈沖模式:
? 一種是保持脈沖基準(zhǔn)恒定,改變脈沖幅度,如圖2左;
? 一種是保持脈沖幅度恒定,改變脈沖基準(zhǔn),如圖2右。
▲圖2
下面針對(duì)最常用的恒定脈沖幅度的模式做具體講解。如圖3所示,加在柵極上的脈沖波形隨著脈沖基準(zhǔn)電壓的不斷變化,會(huì)經(jīng)歷以下五個(gè)階段:
Vbias
正常電荷泵電流達(dá)到最大值階段;
Vbias ,Vtop < VFB :?
無(wú)襯底量測(cè)電流或量測(cè)電流極?。?/p>
Vbias ,Vtop > Vt :
溝道開(kāi)始反型,無(wú)量測(cè)電流或量測(cè)電流極??;
Vbias
襯底量測(cè)電流從無(wú)或極小值,變大至最大值
VFB s
襯底量測(cè)電流從最大值,變小至無(wú)或極小值
▲圖3
在周期性脈沖作用下可測(cè)得飽和泵電流Icpmax,飽和泵電流Icpmax的表達(dá)式如下:
Icpmax=qAGfDit
在上式中:f為脈沖頻率;AG為溝道有效面積,是溝道源漏區(qū)摻雜狀態(tài)的函數(shù);q為電子電荷;Dit為溝道平均界面態(tài)密度。
其中前三項(xiàng)均為已知量,因此,通過(guò)測(cè)試電荷泵電流Icpmax就可以得到界面態(tài)密度Dit這個(gè)反應(yīng)溝道微觀性質(zhì)的參數(shù)。而界面態(tài)是氧化層和襯底體硅因?yàn)榫Ц袷浠蛉毕輰?dǎo)致的非理想的結(jié)合狀態(tài),對(duì)器件溝道載流子的運(yùn)動(dòng)有影響,限制載流子遷移率的提高,降低器件驅(qū)動(dòng)電流的能力。
以下展示兩個(gè)電荷泵(Charge Pumping)測(cè)試應(yīng)用在工藝開(kāi)發(fā)和可靠性測(cè)試中應(yīng)用的示例。
1用電荷泵測(cè)試對(duì)比柵極氧化層工藝的不同
2.用電荷泵測(cè)試表征PMOS器件在負(fù)偏壓不穩(wěn)定性NBTI加壓條件下的界面態(tài)退化
特別聲明,以上提供的測(cè)試服務(wù)均是季豐自有設(shè)備和能力進(jìn)行的測(cè)試。具體機(jī)臺(tái)型號(hào)性能參數(shù)信息參見(jiàn)點(diǎn)擊文末相關(guān)鏈接的推文查看。
最后,再次歡迎新老客戶提問(wèn)咨詢、下單測(cè)試。季豐電子愿竭誠(chéng)為您服務(wù),提供您所需的各種助力。
季豐電子
季豐電子成立于2008年,是一家聚焦半導(dǎo)體領(lǐng)域,深耕集成電路檢測(cè)相關(guān)的軟硬件研發(fā)及技術(shù)服務(wù)的賦能型平臺(tái)科技公司。公司業(yè)務(wù)分為四大板塊,分別為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室、軟硬件開(kāi)發(fā)、測(cè)試封裝和儀器設(shè)備,可為芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、封裝測(cè)試、材料裝備等半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈和新能源領(lǐng)域公司提供一站式的檢測(cè)分析解決方案。
季豐電子通過(guò)國(guó)家級(jí)專精特新“小巨人”、國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)、上海市“科技小巨人”、上海市企業(yè)技術(shù)中心、研發(fā)機(jī)構(gòu)、公共服務(wù)平臺(tái)等企業(yè)資質(zhì)認(rèn)定,通過(guò)了ISO9001、 ISO/IEC17025、CMA、CNAS、IATF16949、ISO/IEC27001、ISO14001、ISO45001、ANSI/ESD S20.20等認(rèn)證。公司員工超1000人,總部位于上海,在浙江、北京、深圳、成都等地設(shè)有子公司。
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