利用电导法对MOS界面表面电位波动进行定量分析

《IEEE Transactions on Electron Devices》：Quantitative Analysis of Surface Potential Fluctuation at MOS Interfaces Using Conductance Method

表面势涨落σ与MOS界面电荷的定量关系研究。通过Fowler-Nordheim注入实验和理论模型验证，发现σ与总界面电荷密度呈平方根正比关系。该结果揭示了界面电荷分布对半导体表面势的关键影响机制。

　　

摘要：

表面电位波动（σs），通过导电法中导电曲线的展宽来确定，是一个有趣的量，因为σs可以解释为与MOS界面电荷总量有关。尽管导电法被广泛用于评估界面态密度，但σs与MOS界面电荷之间的定量关系尚未得到充分研究。在这项研究中，利用Fowler-Nordheim（FN）注入产生的界面电荷，定量探讨了σs与界面电荷之间的关系，并将其与理论模型进行了比较。实验验证表明，σs可以普遍表示为总界面电荷面积密度的函数，且遵循特定的幂律关系，其指数为0.5。这一结果可以通过理论模型得到很好的解释。

引言

在过去几十年中，MOS器件的尺寸不断缩小[1]。为了克服短沟效应并实现所需的栅控电流，需要减少栅极介电膜的厚度，因此商业大规模集成电路（LSI）中使用的介电材料变得越来越薄[2]。因此，工程师们对MOS界面的研究也越来越关注[3]、[4]。尽管相关研究已经进行了很长时间，但MOS界面层的物理性质及其对半导体表面电位的影响尚未完全理解。即使在更多地关注用于减少栅极漏电流的替代高介电材料之后，对界面电荷的定量表征也变得更加重要，因为界面电荷会影响MOS器件的性能，如开关速度和阈值电压[5]、[6]、[7]、[8]、[9]。此外，引入高介电界面层、三维结构和高迁移率沟道材料后，工程师们面临各种类型的界面电荷问题，如慢速陷阱、可恢复的界面电荷以及费米能级的固定[10]、[11]。因此，迫切需要开发一种新的表征方法来探测界面电荷并克服传统表征方法的局限性[12]。