Desenvolvimento de uma técnica baseada no conceito de bombeamento de cargas para extração das armadilhas de interface em transistores MOS sem junções

Abstract

Neste trabalho, é apresentado um estudo que visa deteminar a densidade de armadilhas de interface em transistores MOS sem junções (JNT). Uma vez que a quantidade de defeitos contida nas interfaces do dispositivo está ligada diretamente à sua qualidade, ter ferramentas que possam mensurá-las sem danificar o dispositivo torna-se necessário. Frente a isso, este trabalho tem como foco o estudo das armadilhas de interface (defeitos). Assim, visando determinar a densidade de armadilhas presentes neste dispositivo foi proposto um método de bombeamento de cargas adaptado em relação ao aplicado em transistores convencionais. O JNT é fabricado na tecnologia SOI e tem como principal característica uma dopagem de mesmo tipo e concentração desde a fonte até o dreno. Com isso é possível diminuir o tamanho do canal quando comparado ao transistor SOI MOS convencional modo inversão. Como primeira parte do projeto, foram efetuadas simulações 2D de um dispositivo com diversas concentrações de armadilhas diferentes e foi observado que, conforme essa concentração aumenta, os valores de tensão de limiar e tensão de faixa plana também tiveram um aumento significativo, sendo 80 mV e 150 mV, respectivamente, ao se variar a concentração de 0 para 8x1012 eV-1cm-2. Uma curva simulada em resposta à corrente de bombeamento no tempo também foi obtida e é notável a diferença no tempo de decaimento do valor de corrente com a alteração na densidade de armadilhas. A partir de medidas experientais, foram extraídas as curvas de Id x Vgs para a extração da tensão de limiar e, então, o método de bombeamento foi aplicado aos dispositivos, onde foi obtida uma resposta onde pôde ser estudado o comportamento. Com esse resultado, é possível efetuar o cálculo das armadilhas de interface contidas no dispositivo e comparar com a quantidade efetiva de cargas que foram energizadas, onde pode ser comprovada a tendência da resposta do método proposto.

This work presents a study focusing on the extraction of interface traps of Junctionless Nanowire Transistors (JNT). As the number of defects in the interfaces of the devices is related to its quality, it is desirable to have tools that enable to evaluate them without damaging the device. Thus, this work aims at extracting the interface traps density using an adaptation of the charge pumping method, usually applied to conventional devices. The JNT is fabricated in SOI technology and its main characteristic is the constant doping profile from the source to the drain, which allows for minimizing the size of the channel when compared to the conventional MOS transistor. As a first part of this work, 2D simulations were performed on a device considering different interface traps densities, and it was observed that as this concentration increases, the threshold voltage and flatband voltage values also increase significantly. It was observed variations of 80 mV and 150 mV in the threshold and flatband voltages, respectively, by varying the concentration from 0 to 8x1012 eV-1cm-2. A simulated curve in response to the pumping current was also obtained and the difference in the decay time of the current value is noticeable with respect to the different trap concentrations. In terms of experimental measurements, the Id x Vg curves were obtained to extract the threshold voltage and, then, the pumping method was applied to the devices, where a satisfactory response was obtained. With this result it is possible to calculate the interface traps contained in the device and compare it with the effective amount of charges that were energized, where the trend of the proposed method's response could be demonstrated.