4.1 CP-Experiment in SOI-Bauelementen



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4.1 CP-Experiment in SOI-Bauelementen

 

,,An interesting improvement of CP in SOI would be the coupling of the CP software with a numerical solver of the time-dependent Poisson equation as it has been done for bulk silicon MOSFETs [47]. This retrofit would be essentially valuable for measurements performed with the opposite interface in depletion, when both interfaces contribute to the CP current.``
Thierry Ouisse et al. [76]

Die klassische CP-Technik ist auf -Kanal SOI-MOSFETs nicht direkt übertragbar, da kein Löcher liefernder Kontakt im -Gebiet existiert. Das gilt entsprechend für -Kanal MOSFETs, wo kein Elektronen liefernder Kontakt im -Gebiet existiert. Ein Ausweg wird durch die Fabrikation von SOI-MOSFETs erreicht, die einen zusätzlichen Kontakt im niedrig dotierten Filmgebiet und zwar in Kanalweitenrichtung besitzen. Der CP-Strom (Majoritätsträger) wird an diesem Kontakt abgenommen. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die Fertigung eines solchen Fünfpol-Transistors mit den Entwurfsregeln von VLSI-Schaltungen nicht unbedingt verträglich ist. Zur numerischen Simulation einer solchen Anordnung ist eine dreidimensionale transiente Simulation notwendig.
Eine alternative Möglichkeit ist die Verwendung von Gate-Dioden anstelle von MOSFETs. Solche Bauelemente sind in der Regel auf den üblichen Testscheiben zu Zwecken der elektrischen Charakterisierung mitintegriert. Im folgenden werden diese Dioden als -Dioden bezeichnet, da sie eine -Struktur besitzen.
Abbildung 4.1 zeigt das Modell der Dünnfilm SOI -Diode: Auf dem Backgate-Kontakt (Kontaktpotential ) befindet sich das isolierende Substrat der Dicke . Diese vergrabene Schicht wird mit Hilfe der SIMOX-Technologie (Separation by Implantation of Oxygen) durch Implantation von Sauerstoff und einen anschließenden Ausheilschritt unter hoher Temperatur (über ) hergestellt. Im darüberliegenden schwach -dotierten Siliziumfilm mit der Dicke findet der Stromfluß statt. Das Source-seitige Gebiet ist die -Kathode, das Drain-seitige Gebiet die -Anode. Das Frontgate-Oxid hat die Dicke . Das Gate-Material ist -Polysilizium, die hochimplantierten -(Kathoden-) und -(Anoden-)Gebiete sind mit Aluminium kontaktiert. In der Abbildung 4.1 ist die vergrabene Schicht direkt kontaktiert eingezeichnet. In Wirklichkeit ist jene mit dem Silizium der Scheibe verbunden, das seinerseits auf der Chip-Bodenfläche kontaktiert ist. In der Simulation wird diese Boden-Siliziumschicht als ideal leitend angenommen.
Die SOI -Diode ist ein Vierpol mit zwei Steuerelektroden (Frontgate, Backgate) sowie Kathode (Source-Kontakt des korrespondierenden Transistors) und Anode (Drain-Kontakt des korrespondierenden Transistors).
Von besonderem Interesse sind die Halbleiter-Oxid-Grenzflächen: Das Frontinterface ist durch die Gerade , das Backinterface durch die Gerade , beide mit breiten Strichstärken, gekennzeichnet. Der -Übergang liegt an der Source-Seite. Bei Anlegen einer positiven Spannung an den Source-Kontakt dehnt sich die Sperrschicht aufgrund der stark asymmetrischen Dotierung in der -Zone aus. Front- und Backinterface können durch entsprechende Spannungen simultan invertiert, akkumuliert oder in Depletion versetzt werden.

  
Abbildung: Geometrie der Dünnfilm SOI -Diode.





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Martin Stiftinger
Fri Oct 14 21:33:54 MET 1994