Record Details

Model forforecasting the reliability of nanosized field-effect transistors considering possible influence of cosmic rays

Dependability

View Archive Info
 
 
Field Value
 
Title Model forforecasting the reliability of nanosized field-effect transistors considering possible influence of cosmic rays
Модель прогнозирования надежности наноразмерных полевых транзисторов, учитывающая возможное влияние космического излучения
 
Creator A. Volkov N.; LLC NPO PKRV (Research and production association Software complexes of real time), Zelenograd, Moscow
А. Волков Н.; Научно-производственное объединение Программные комплексы реального времени, Москва
 
Subject reliability; degradation of performance; physical mechanisms of degradation; nanosized field-effect transistors; cosmic rays; model to forecast the reliability of nanosized field-effect transistors
надежность; деградация приборных характеристик; физические механизмы деградации; наноразмерные полевые транзисторы; космическое излучение; модель прогнозирования надежности наноразмерных полевых транзисторов
 
Description Purpose. Within the framework of this work the following purposes were set: study of physical mechanisms of degradation of performance of nanosized field-effect transistors caused by interruptions of Si-H; study of possible influence of cosmic rays on the reliability of nanosized field-effect transistors; development of a model to forecast the reliability of nanosized field-effect transistors considering possible influence of cosmic rays. To achieve the above listed purposes it was necessary to analyze: modern models used to forecast the reliability of nanosized field-effect transistors; data of the scope and intensity of cosmic-ray flux depending on energy. Results and Conclusion. According to the results of work, the most relevant physical model used to forecast reliability is the Bravais model which considers the following mechanisms of degradation of performance of nanosized field-effect transistors: - single Vibration Excitation - SVE, when the interruption of Si-H is initiated by one carrier with enough energy; - electron - Electron Scattering - EES, when the interruption is initiated by the carrier which received some energy from another carrier as the result of collision ionization, and thereafter having enough energy to interrupt the connection; - multi Vibration Excitation - MVE, when the Si-H interruption is initiated by a sequential bombing of connection by the carriers having energy not enough to interrupt the connection. It has been shown that cosmic-ray protons having high initial energy can penetrate through the structure of a field-effect transistor, losing a part of their initial energy by ionization losses, and achieve a Si/Si02 boundary. When achieving the boundary protons may have energy sufficient for the initiation of dissociation of Si-H connections by two mechanisms: single Vibration Excitation of Si-H affected by a proton - SVEp is when a single proton having enough energy for interruption runs into a hydrogen atom, and initiates the Si-H dissociation; collision ionization by analogy with the electron - electron scattering described in the Bravais model, in this case there may be the Proton-Electron Scattering - PES. The Bravais model served as the basis for the development of the model to forecast the reliability of nanosized field-effect transistors that considers possible influence of cosmic rays, and helps to give a more accurate forecast of reliability of electronic devices based on nanosized field-effect transistors. This work reflects modern ideas of forecasting the reliability of nanosized field-effect transistors, describing main physical mechanisms of degradation of performance of nanosized field-effect transistors. This article shows that the reliability forecasting models developed for field-effect transistors with a long channel are not suited to modern nanosized devices due to differences in degradation mechanisms. Within the frameworks of this work it was shown that there is a probability of cosmic rays influence on degradation. As the result a model was developed to forecast the reliability of nanosized filed-effect transistors that shall consider such influence.
ЦЕЛЬ. В рамках данной работы ставились следующие цели: исследование физических механизмов деградации приборных характеристик наноразмерных полевых транзисторов, вызванной обрывом Si-H связей; исследование возможности влияния космического излучения на надежность наноразмерных полевых транзисторов; разработка модели прогнозирования надежности наноразмерных полевых транзисторов, учитывающей возможное влияние космического излучения. Для выполнения поставленных целей были проанализированы: современные модели прогнозирования надежности полевых транзисторов; данные о составе, интенсивности потока космического излучения в зависимости от энергии. РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ. В результате работы показано, что наиболее актуальной физической моделью прогнозирования надежности является модель Браве, которая учитывает следующие механизмы деградации приборных характеристик наноразмерных полевых транзисторов: механизм единичного возбуждения или воздействия (Single Vibration Excitation - SVE), когда обрыв Si-H связи инициируется одним носителем, обладающим достаточной энергией; механизм электрон - электронного рассеяния (Electron - Electron Scattering - EES), когда обрыв связи инициируется носителем, получившим часть энергии от другого носителя, в результате акта ударной ионизации и имеющим после этого достаточно энергии для обрыва связи; механизм мульти-вибрационного возбуждения или воздействия (Multi Vibration Excitation - MVE), когда обрыв Si-H связи инициируется последовательной бомбардировкой связи, носителями, обладающими недостаточной для обрыва связи энергией. Показано, что протоны космического излучения, обладающие большой начальной энергией, могут пройти сквозь структуру полевого транзистора, теряя при этом часть своей начальной энергии на ионизационных потерях, и достичь границы раздела Si/SiO2. При достижении границы раздела протоны могут обладать энергией, достаточной для инициации процесса диссоциации Si-H связей по двум механизмам: механизм единичного возбуждения Si-H связи под воздействием протона (Single Vibration Excitation - '53VEp) - одиночный протон, обладающий достаточной для обрыва связи энергией, сталкивается с атомом водорода и инициирует процесс диссоциации Si-H связи; механизм ударной ионизации - по аналогии с описанным в модели Браве электрон - электронным рассеянием, в данном случае может иметь место протон - электронное рассеяние (Proton-Electron Scattering - PES). На основе модели Браве разработана модель прогнозирования надежности наноразмерных полевых транзисторов, учитывающая возможное влияние космического излучения и позволяющая дать более точный прогноз надежности электронных устройств на их основе. Данная работа отражает современное представление о прогнозировании надежности наноразмерных полевых транзисторах, показывает основные физические механизмы деградации приборных характеристик наноразмерных полевых транзисторов. В данной работе показано, что модели прогнозирования надежности, разработанные для полевых транзисторов с длинным каналом, не подходят для современных наноразмерных устройств, в виду различия механизмов деградации. В рамках данной работы было показано, что существует вероятность влияния космического излучения на деградацию, разработана модель прогнозирования надежности наноразмерных полевых транзисторов, учитывающая данное влияние.
 
Publisher LLC Journal Dependability
 
Contributor —
—
 
Date 2016-11-02
 
Type info:eu-repo/semantics/article
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
—
—
 
Format application/pdf
application/pdf
 
Identifier http://www.dependability.ru/jour/article/view/160
10.21683/1729-2640-2016-16-3-18-22
 
Source Dependability; № 3 (2016); 18-22
Надежность; № 3 (2016); 18-22
1729-2646
 
Language rus
eng
 
Relation http://www.dependability.ru/jour/article/view/160/316
http://www.dependability.ru/jour/article/view/160/317
Prabhakar M. Characterization and modeling of hot carrier degradation in sub-micron n-MOSFETs/ M. Prabhakar// Master’s thesis, Nashville, Tennessee. - 2002. - P. 60.
White M. Physics-of-Failure Based Modeling and Lifetime Evaluation/ M. White, J.B. Bernstein// California Institute of Technology. - 2008. - P. 210.
Grasser T. Hot Carrier Degradation in Semiconductor Devices/ T. Grasser// Springer International Publishing Switzerland, 2015. - P. 517.
Клапдор-Клайнгротхаус Г.В. Астрофизика элементарных частиц/ Г.В. Клапдор-Клайнгротхаус, К. Цюбер; под ред. В.А. Беднякова. - М.: Редакция журнала «Успехи физических наук», 2000. - 496 с.
Review of particle physics, Pt. 24: Cosmic Rays/K. Nakamura et al.// J. Phys. - Vol. 37. - pp. 269 - 277.
Rauch S.E. The energy-driven paradigm of n-MOSFET hot carrier effects/ S.E. Rauch, G.L. Rosa// IEEE Transactions on Electron Devices and Materials Reliability. - 2005. - Vol. 5. - №4. - pp. 701 - 705.
Широков Ю.М.Ядерная физика/ Ю.М. Широков, Н.П. Юдин. - М.: Наука, 1980. - 728 с.
Лощаков И.И. Введение в дозиметрию и защита от ионизирующих излучений: учебной пособие/ И.И. Лощаков. - Санкт-Петербургский Государственный политехнический университет, 2008. - 145 с.
 
Rights Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
Авторы, публикующие в данном журнале, соглашаются со следующим:Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договорённости, касающиеся не-эксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге), со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access).