mos管的gidl效應(yīng),MOSFET泄漏電流詳解-KIA MOS管

MOS管的GIDL效應(yīng)是指在柵極電壓較高的情況下，絕緣層下的溝道區(qū)域會(huì)發(fā)生漏電現(xiàn)象的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象是由于高電場(chǎng)導(dǎo)致絕緣層中的電子發(fā)生穿隧效應(yīng)，從而形成漏電流。

GIDL效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致器件的功耗增加、性能下降，并可能引起電流漂移現(xiàn)象。針對(duì)GIDL效應(yīng)的影響和問(wèn)題，研究人員提出了一些解決方案，包括使用高介電常數(shù)的材料來(lái)減小電場(chǎng)強(qiáng)度、優(yōu)化溝道結(jié)構(gòu)和引入電場(chǎng)屏蔽層等方法。此外，還有其他一些方法可以應(yīng)對(duì)GIDL效應(yīng)，例如采用低功耗工藝、優(yōu)化柵極結(jié)構(gòu)和控制柵極電壓等。

GIDL(gate-induced drain leakage) 是指柵誘導(dǎo)漏極泄漏電流，對(duì)MOSFET的可靠性影響較大。

MOSFET 中引發(fā)靜態(tài)功耗的泄漏電流主要有：源到漏的亞閾泄漏電流，柵泄漏電流，發(fā)生在柵漏交疊區(qū)的柵致漏極泄漏 GIDL 電流，如圖所示。在這些泄漏電流中，在電路中器件處于關(guān)態(tài)或者處于等待狀態(tài)時(shí)，GIDL 電流在泄漏電流中占主導(dǎo)地位。

GIDL 隧穿電流

當(dāng)柵漏交疊區(qū)處柵漏電壓 VDG很大時(shí)，交疊區(qū)界面附近硅中電子在價(jià)帶和導(dǎo)帶之間發(fā)生帶帶隧穿形成電流，我們把這種電流稱(chēng)之為 GIDL 隧穿電流。隨著柵氧化層越來(lái)越薄，GIDL 隧穿電流急劇增加。

GIDL 產(chǎn)生電流

漏 pn 結(jié)由于反偏，產(chǎn)生率大于復(fù)合率，在柵控制下，硅和二氧化硅界面處陷阱充當(dāng)產(chǎn)生中心而引發(fā)的一種柵誘導(dǎo)的漏極泄漏電流。

柵致漏極泄露電流，gate induced drain leakage (GIDL，/GIDL)

柵致漏極泄露電流是由MOS晶體管漏極結(jié)中的高場(chǎng)效應(yīng)引起的。由于G與D重疊區(qū)域之間存在大電場(chǎng)而發(fā)生隧穿并產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，其中包含雪崩隧穿和BTBT隧穿。由于電子被掃入阱中，空穴積累在漏中形成/GIDL。

以NMOS為例，當(dāng)gate不加壓或加負(fù)壓，drain端加高電壓, 使得gate和drain的交疊區(qū)域出現(xiàn)了一個(gè)從drain指向gate的強(qiáng)電場(chǎng)，靠近gate oxide 附近出現(xiàn)強(qiáng)耗盡區(qū)，形成電勢(shì)變化非常陡的類(lèi)p+-n+結(jié)—橫向和縱向的圖；（一定是gate與drain要有重疊嗎？要有交疊，這也是GIDL管的來(lái)源),引起了耗盡區(qū)電子空穴分離，載流子躍遷，電子流向drain端，空穴被掃入基底，由此形成漏電流。

NMOS 中 GIDL 圖解 （橫向、縱向）

前提條件: 

1) 亞閾值區(qū) 

2）Drain和gate有交疊，GIDL產(chǎn)生處有pn結(jié) 

3）強(qiáng)漏電場(chǎng)

Impact in MOS：亞域區(qū)漏電流，增大靜態(tài)功耗

Mitigation in MOS: LDD, 交疊區(qū)輕摻雜，使電勢(shì)緩變，躍遷幾率減小，漏電流減小

Impact in NAND：在program時(shí)，被inhibit string 發(fā)生HCI效應(yīng), 邊緣WL Vt上浮 （不被inhibit的string, 不存在靜電壓差，這種效應(yīng)應(yīng)該較弱）

Mitigation in MOS: 設(shè)置邊緣dummy WL

Application in NAND：GIDL erase，3D NAND中， Pwell erase 需結(jié)合SEG工藝，工藝復(fù)雜，因此越來(lái)越多的制造商開(kāi)始使用GIDL erase，即利用GIDL效應(yīng)產(chǎn)生電子空穴對(duì)，將空穴掃入channel中，實(shí)現(xiàn)塊擦除。

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