為什麼熱載流子效應增加NMOS器件的閾值電壓，減少PMOS的閾值電壓?

Kevin Hahn2022-04-27 13:37:42

題目描述的現象只適用於溝道熱電子注入，如果是熱空穴注入則元件閾值電壓的變化方向剛好與題目所述相反。

另外，如果熱載流子注入區域不在溝道，則閾值電壓可能不會變化。比如LDMOS中熱電子注入漂移區，閾值電壓不變但導通電阻會變，擊穿電壓可能也會變。

青雲2022-04-27 15:43:19

對於處於飽和區的NMOS，夾斷區裡的電子在電場作用下不斷加速。只要電場足夠高，電子可以突破Si-SiO2介面的勢壘，進入氧化層裡面。

如果熱電子只是單純地注入進氧化層，將妨礙氧化層下方的溝道形成，NMOS的閾值電壓幅度顯然是會增加的。同樣，對於PMOS，注入進氧化層的將是熱空穴，閾值電壓幅度會增加，但由於PMOS的閾值電壓是負數，體現出的數值就是減小的。

由於空穴的有效質量大於電子，遷移率小於電子，而且空穴注入氧化層需要跨越的勢壘更高（對電子注入為3。2eV，對空穴注入為4。5eV），通常PMOS中的熱載流子效應更弱。

此外，熱載流子注入氧化層中，並不是單純地注入載流子，還會形成陷阱電荷。比如，熱載流子會打斷Si-SiO2介面的Si-H鍵，形成懸掛鍵，產生帶正電的介面電荷，造成閾值電壓偏移。對於NMOS，正的介面電荷造成閾值電壓減小，對於PMOS，閾值電壓則是數值減小，幅值增大（可參考第二張圖的最後一段話）。

圖片內容截選自《類比電路版圖的藝術》（第二版）一書