[반도체소자] 8. Hot Carrier Injection(HCI)

Hot Carrier Injection(HCI)

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Hot Carrier Injcection(HCI)는 GIDL과는 다르게 Drain depletion 영역의 강한 전기장에 의해 Leak current(Gate cuurent)가 발생하는 Short Channel Effect(SHE)입니다. (HCI는 Long channel MOSFET에서도 발생합니다.)

Left: Hot carreir 개략도 Mid: 수평방향(n-p-n) Energy band diagram Right: 수직방향(MOS) Energy band diagram

 

Drain delpletion 영역의 강한 전기장(Saturation 영역: V_DS >  V_GS - V_TH)에 의해 전자가 가속하여 Impact Ionization 의해 EHP(Electron-Hole Pair)가 형성합니다. Electron은 V_GS와 V_DS에 Gate와 Drain cuurent(Leakage current)를 형성하고, Hole은 Body current(Leakage current)를 형성합니다. 이때 Gate 방향으로 이동하는 Electron은 1. Hot carrrier(electron)은 높은 에너지를 가지고 있기 때문에 Potential barrier를 극복하여 Gate current(Leakage current)를 형성하거나 2. Oxide 내부에 Trap 되어 Threshold voltage(V_TH)를 증가시킵니다.

 

♭ Solution

Hot carrier는 Drain depletion 영역의 강한 전기장에 의해 발생하기 때문에 지난 GIDL 포스팅에서 잠깐 언급한 Self-aligned procee를 통해 LDD(Lightly-doped Darin) 기술을 적용하면 Drain depletion의 강한 전기장을 방지할 수 있습니다.

Left: LDD 적용 Right: LDD 미적용

LDD를 통해서 Source/Drain 인접 영역에 Doping concentration을 감소시키면 Source/Drain의 Depletion layer의 두께가 증가합니다. 이에 따라 Drain depletion 영역의 전기장(E=V/d)이 감소합니다.(Depletion layer의 두께 증가로 d 값 증가)

 

[반도체소자] 7. Gate Induced Drain Leakage(GIDL)

[반도체소자] 7. Gate Induced Drain Leakage(GIDL)

 

<출처>

Donald A. Neaman, "Semiconductor physics and device" 4th edition.

Ben G. Streetnan, "Soild state electronic devices" 7th edition.

 

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