mos管的gidl效應,MOSFET泄漏電流詳解-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2024-01-23
MOS管的GIDL效應是指在柵極電壓較高的情況下，絕緣層下的溝道區域會發生漏電現象的現象。這種現象是由于高電場導致絕緣層中的電子發生穿隧效應，從而形成漏電流。
GIDL效應會導致器件的功耗增加、性能下降，并可能引起電流漂移現象。針對GIDL效應的影響和問題，研究人員提出了一些解決方案，包括使用高介電常數的材料來減小電場強度、優化溝道結構和引入電場屏蔽層等方法。此外，還有其他一些方法可以應對GIDL效應，例如采用低功耗工藝、優化柵極結構和控制柵極電壓等。
GIDL(gate-induced drain leakage) 是指柵誘導漏極泄漏電流，對MOSFET的可靠性影響較大。
MOSFET 中引發靜態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，發生在柵漏交疊區的柵致漏極泄漏 GIDL 電流，如圖所示。在這些泄漏電流中，在電路中器件處于關態或者處于等待狀態時，GIDL 電流在泄漏電流中占主導地位。
GIDL 隧穿電流
當柵漏交疊區處柵漏電壓 VDG很大時，交疊區界面附近硅中電子在價帶和導帶之間發生帶帶隧穿形成電流，我們把這種電流稱之為 GIDL 隧穿電流。隨著柵氧化層越來越薄，GIDL 隧穿電流急劇增加。
GIDL 產生電流
漏 pn 結由于反偏，產生率大于復合率，在柵控制下，硅和二氧化硅界面處陷阱充當產生中心而引發的一種柵誘導的漏極泄漏電流。
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晶體管漏極結中的高場效應引起的。由于G與D重疊區域之間存在大電場而發生隧穿并產生電子-空穴對，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gate不加壓或加負壓，drain端加高電壓, 使得gate和drain的交疊區域出現了一個從drain指向gate的強電場，靠近gate oxide 附近出現強耗盡區，形成電勢變化非常陡的類p+-n+結—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管的來源),引起了耗盡區電子空穴分離，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
2）Drain和gate有交疊，GIDL產生處有pn結
3）強漏電場
Impact in MOS：亞域區漏電流，增大靜態功耗
Mitigation in MOS: LDD, 交疊區輕摻雜，使電勢緩變，躍遷幾率減小，漏電流減小
Impact in NAND：在program時，被inhibit string 發生HCI效應, 邊緣WL Vt上浮 （不被inhibit的string, 不存在靜電壓差，這種效應應該較弱）
Mitigation in MOS: 設置邊緣dummy WL
Application in NAND：GIDL erase，3D NAND中， Pwell erase 需結合SEG工藝，工藝復雜，因此越來越多的制造商開始使用GIDL erase，即利用GIDL效應產生電子空穴對，將空穴掃入channel中，實現塊擦除。
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