5.3 Diskussion der Ergebnisse



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5.3 Diskussion der Ergebnisse

Zur Berechnung der Injektionsraten im Fall homogener, stationärer Injektion kann eine Monte-Carlo-Rechnung aufgrund der ausgezeichneten Übereinstimmung der experimentellen Meßergebnisse mit den Werten der Simulation erfolgreich angewandt werden. Wenn eine Monte-Carlo-Rechnung zur Bestimmung des Gate-Stromes herangezogen wird, treten hingegen einige Schwierigkeiten auf. Erstens ist der Gate-Strom bei kleinen Gate-Spannungen niedriger, als es von Messungen zu erwarten wäre. Weil vor der Inversionszone das elektrische Feld an der Grenzfläche zum Oxid verhältnismäßig hoch ist, sollte Injektion von Ladungsträgern bei kleineren Energien möglich sein (vergleiche Abbildung 4.4). Das bedeutet, daß das sogenannte image force barrier lowering entscheidenden Einfluß haben könnte. Zweitens ist in der Verarmungszone, falls die Gate-Spannung höher als die Drain-Spannung ist, verstärkt Injektion von Elektronen festzustellen. Da jedoch aufgrund von Gitterfehlern noch andere physikalische Prozesse mit der Injektion von Ladungsträgern bei kleinen Elektronenenergien konkurrieren, wird dieser Beitrag zum Gate-Strom höchstwahrscheinlich kleiner sein. Ferner wird das elektrische Feld im Substrat bei Anwesenheit von Grenzflächenstörstellen (trapping/detrapping) oder anderen die Elektronenkonzentration modifizierende Effekte, der Bildung einer Inversionszone oder einer Zone, in der sich die Ladungsträger anhäufen, stark beeinflußt. Dieser Tatsache wird dadurch Rechnung getragen, daß nach dem Drain-Übergang ein zusätzlicher Parameter eingeführt wird, sodaß die Injektion von Elektronen nach der Sperrschichtzone skaliert werden kann. Da das Feld in diesem Bereich stark abfällt, die Injektion von Ladungsträgern bei niedrigen Energien jedoch fast ausschließlich vom elektrischen Feld bestimmt wird, kommt dieser Größe entscheidende Bedeutung zur Berechnung des Gate-Stromes zu.

In einer kürzlich erschienene Publikation [149], werden die Faktoren für das image force barrier lowering als frei wählbare Parameter verwendet. Dabei werden diese erniedrigt, um Übereinstimmung mit experimentellen Messungen zu erzielen. Statt den Werten, die von Ning et al. [145] angegeben sind, wird stattdessen (Gleichung 4.2) und angesetzt, wobei diese Werte eine Größenordnung kleiner sind und in einer schwächeren Reduktion der Potentialschwelle resultieren. Um gleichzeitig Degradationseffekte des Drain-Stromes und des Gate-Stromes zu modellieren, wird von Wen et al. [155] in einem hydrodynamischen Modell das sogenannte trapping/detrapping betrachtet.

In [162][163] wird zur Untersuchung des threshold-voltage shift ein Monte-Carlo-Modell, das Ladungsträgereinfang und -freisetzung an der Grenzfläche simuliert, entworfen. Jedoch wird dieser physikalische Prozeß nicht mikroskopisch sondern heuristisch behandelt. Eine Erweiterung zur Berechnung von Gate-Strömen oder aber eine theoretische Untersuchung des zugrunde liegenden Mechanismus und der für eine Monte-Carlo-Rechnung notwendig ist, wird weder erwähnt noch durchgeführt.

Um Degradationseffekte miteinbeziehen zu können, dürfen jedoch die bereits erwähnten Effekte im Rahmen einer Monte-Carlo-Rechnung nicht vernachlässigt werden [50][126][135]. Sowohl Elektroneneinfang an der Grenzfläche als auch aufgrund von Gitterfehlern in Siliziumdioxid führen zu einer anomalen Ladungsverschiebung [133][135][136][164][165][166] und damit verbundenen zur Änderung des elektrischen Feldes. Ferner ist auch noch die Zeitabhängigkeit dieser Mechanismen wichtig für die Bestimmung des Degradationsverhalten. In einer Monte-Carlo-Rechnung ist es aber notwendig, den zugrundeliegenden mikroskopischen Prozeß zu analysieren. Da Degradation nach neueren experimentellen Erkenntnissen nicht auf einen intrinsischen Materialzusammenbruch des Oxids [50] zurückgeführt werden kann, ist bereits in einigen Arbeiten die Formulierung eines sogenannten scattering matrix approach [148] vorgeschlagen worden, um die physikalischen Prozesse und deren quantitativen Einfluß auf den Gate-Strom feststellen zu können. Eine Reduktion sowohl der Elemente der ersten Hauptgruppe (besonders Wasserstoff) als auch eine Verminderung der ungesättigten Sauerstoffbindungen an der Grenzfläche erhöhen die Stabilität und Lebensdauer eines Transistors entscheidend.



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Martin Stiftinger
Mon Aug 7 18:44:55 MET DST 1995