Charge trap Model 整理 Lisa L Wang 2013-5-28.

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1 Charge trap Model 整理 Lisa L Wang

2 OUTLINE 物理机理介绍 Model 推导 提参 验证及讨论

3 物理机理 Ec S ntr ns EF EV x0 Ec Δz ET EV 传导电流：PF 电流
Ref：PVD,CVD制备的insulator中，RF-MEMS，Fe-RAMs，FeFETs 等器件中也存在一些可靠性问题。 2012：JAP，11，054112

4 Model derivation (1) x’，t’换回x，t Ref:2012,JAP，intermediate thickness;PF
Ref:2011,JAP，Nathan 1975, JAP, transient conduction in insulators at high filed x’，t’换回x，t

5 Model derivation (2) X<x0,x>x1,ntr 指数衰减，在x0-x1之间近似以浓度NT均匀分布， 因而 取

6 Model derivation (3) E：electric field

7 Model –K2 （Appendix）

8 Model –K2-Vp （Appendix）
Vp：EF reaches Em

9 Parameter extraction 需要提取的参数： IGZO：a，H，ΦB, σB
Insulator：NT，r，фt， ф1, β， 已知的参数：q，kT，x (location),L ,tox

10 提参流程 A，E NT，a Vth-T-t m , n, C(T),p(T), C(Vg),p(Vg) Vth-Vg-t D Φ1
C(Vg),C(T) Φt ，ζ B(Vg),B(T) K2(Vg),K2(T) md*，Φn ΦB, σB

11 提参 step 1a-m,n,c,p m n c p Adjusted R-square RT 3.35e-4 2.521 0.9767
50℃ 0.45 1.5e-3 1.98e-3 2.093 0.9877 80℃ 1.044e-2 2.168 0.9722 Vg_str m n c p R-Square 10V 5.308e-5 2.789 15V 0.45 1.5e-3 3.349e-4 2.521 0.9767 20V 1.832e-3 1.99 0.9874

12 提参 step 1b-lnC-Φt,ζ T (K) kT/q q/kT C ln(C) 300 0.026 38.46154
323 1.98E-03 353 1.04E-02 Field E(V/cm) E^0.5 C ln(C) model C 1.00E+06 1.00E+03 5.31E-05 E-05 1.50E+06 1.22E+03 3.35E-04 2.00E+06 1.41E+03 1.83E-03

13 提参step 2-A B D E K2 A D E B K2 model K2 Model B RT 2.592 0.399 50℃
0.47 0.99 3.19e-3 2.145 0.911 80℃ 2.223 5.675 4.0 Vg_str A D E B K2 10V 2.87 0.115 15V 0.47 0.99 3.19e-3 2.59 0.399 20V 2.04 0.672 D x0=1nm=1e-7cm, A a=1.57e7/cm,1/a=6.38A NT=1.59e18/cm3

14 提参step3-K2-md*, Φn, λ General model: f(x) = a*(x-b)^c Coefficients:
Goodness of fit: SSE: 3.988e-010 R-square: 1 Vg_str A D E B K2 10V 2.87 0.115 15V 0.47 0.99 3.19e-3 2.59 0.399 20V 2.04 0.672 Vp=8.146，Φn=0.1V, md*=0.25m0 Nc=3.11e18 λ=0.9515/6=0.159

15 提参step3-K2-ΦB,σB,H A D E B K2 model K2 Model B RT 2.592 0.399 2.588
50℃ 0.47 0.99 3.19e-3 2.145 0.911 1.205 2.341 80℃ 2.223 5.675 4.0 2.055 T (K) kT/q q/kT C ln(C) 300 0.026 3.35E-04 323 1.98E-03 353 1.04E-02 Φb= 0.415, σb=0.01 H=4.34e6,

16 利用model得到的参数（不必放在文章中，仅为方便画图）
Vg_str Model m n Mode C Model K2 Model B Model p c p 10V 4.98e-5 0.114 2.902 2.816 5.308e-5 2.789 15V 0.45 1.5e-3 3.37e-4 0.399 2.588 2.517 3.349e-4 2.521 20V 1.685e-3 0.673 2.077 2.027 1.832e-3 1.99 Tstr m n Model C model K2 Model B Model p c p RT 3.37e-4 0.399 2.588 2.517 3.35e-4 2.521 50℃ 0.45 1.5e-3 1.72e-3 1.205 2.34 2.281 1.98e-3 2.093 80℃ 1.051e-2 4.0 2.0552 2.0059 1.044e-2 2.168

17 Parameters parameter value meaning a a=1.57e7/cm H H=4.34e6 ΦB
λ λ=0.159 md* 0.25m0 NT NT=1.59e18/cm3 фt 1.506 фn 0.1 ф1 0.15 (x0=1nm,Vg=15V) ζ 1.738

18 验证

19 讨论 ntr分布及变化，x1 NT， фt Vg，T ΔVth~t 的变化