CN105259404A - 一种基于漏控产生电流提取mosfet的阈值电压的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于漏控产生电流提取MOSFET的阈值电压的方法，利用固定较大的栅电压VG使得沟道反型层处于反型状态，同时扫描漏电压VD获得漏控产生电流IDC曲线，当漏电压的增大到使得漏端边缘处的沟道开始出现耗尽时，IDC曲线开始极速增加，曲线出现尖峰，而这一突变点正是反型到耗尽的临界点或者转折点对应的栅压和漏压至差即为阈值电压VT。本发明为MOSFET的测量提供一个准确、简单且快速的测试方法；由于曲线呈现突变，因此更易与观察到反型到耗尽的转折时对应的漏电压点，避免了人为观察的误差性；获得阈值电压的运算简单；最后测量快速，只需直流测试。

Description

一种基于漏控产生电流提取MOSFET的阈值电压的方法
技术领域
本发明涉及微电子技术领域，具体是一种基于漏控产生电流提取MOSFET的阈值电压的方法。
背景技术
MOSFET的阈值电压VT是器件中的一个重要参数，其与栅氧化层中固定电荷、界面电荷以及衬底和栅电极材料之间的功函数差密切相关。因此阈值电压的测量准确性就非常容易受到测量方法的影响。传统的测量方法为：在漏电压VD约为50mV下，测试栅电压VG-漏电流ID曲线，然后提取ID曲线的最大跨导点对应的栅电压VG值，从该VG值对应的ID曲线上的点做切线，切线交叉与VG轴上对应的栅电压即为阈值电压。这一方法的特点是比较准确，但是对测试程序较为复杂。另一种方法为栅控基于栅控漏极产生电流提取MOSFET平带电压和阈值电压的方法，这种方法的特点是直流测试，但在提取平带电压过程中也需要用到较为复杂的微分运算。
发明内容
本发明的目的在于提供一种准确、快速的基于漏控产生电流提取MOSFET的阈值电压的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于漏控产生电流提取MOSFET的阈值电压的方法，包括以下步骤：
（1）选择高电学性能的MOSFET，悬空MOSFET的源端电极，在MOSFET的栅电极上施加一栅电压VG，确保沟道处于反型状态；
（3）扫描MOSFET的漏电压VD，使得MOSFET的沟道从反型区到耗尽区、积累区变化，测量漏极电流，即得到漏控漏极产生电流IDC；
（4）从获得漏控产生电流曲线IDC找出反型区到耗尽区变化的突变点T，读取T点对应的漏电压值VD(T)，并记下此时曲线对应的栅电压VG；
（5）求出MOSFET的漏电压值VD(T)和栅电压VG的差值，公式为：VT=VG-VD(T)，此差值即为阈值电压VT。
作为本发明进一步的方案：所述MOSFET包括N型MOSFET和P型MOSFET，N型MOSFET的VG为正值，P型MOSFET的VG为负值。
本发明的基本原理为利用固定较大的栅电压VG使得沟道反型层处于反型状态，同时扫描漏电压VD获得漏控产生电流IDC曲线，当漏电压的增大到使得漏端边缘处的沟道开始出现耗尽时，IDC曲线开始极速增加，于是曲线出现尖峰，而这一突变点正是反型到耗尽的临界点或者转折点对应的栅压和漏压至差即为阈值电压VT。
与栅控产生电流不同，漏控产生电流IDG具有更为特殊的性质，即IDC曲线随着漏电压VD从反型区、耗尽区到积累区变化，而依赖于陷阱的产生作用的产生电流发生在沟道的耗尽状态，于是尖峰分布在耗尽区并且从反型到耗尽区变化时会呈现出一个突变。利用漏控产生电流曲线上这一突变避免了提取突变点对应的VD的不准确性及复杂的处理程序，此外基于直流测试的这一对测试设备也没有太高的要求，因此既准确有简单。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明为MOSFET的测量提供一个准确、简单且快速的测试方法；由于曲线呈现突变，因此更易与观察到反型到耗尽的转折时对应的漏电压点，避免了人为观察的误差性；获得阈值电压的运算简单；最后测量快速，只需直流测试。
附图说明
图1是N型MOSFET测试IDC-VD曲线时的测试设置图。
图2是N型MOSFET测试的IDC-VD曲线上的突变点示意原理图。
图3是本发明基于N型MOSFET得到的阈值电压VT的实例图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
（1）实验样品N型MOSFET为栅长0.28μm，栅氧化层厚度为4nm，如图1；
（2）扫描漏电压，如图2，悬空源端电极，栅电极上施加较大的漏电压VG，VG=1V；
（3）参见图3，扫描栅电压VD从-0.2V到1V，测得IDC电流；
（4）获得漏控产生电流曲线IDC从反型区到耗尽区对应的突变点T点，其对应的VD(T)=0.712V；
（5）求出此时T点对应的栅电压和漏电压之差：VG-VD(T)=1-0.71=0.29V，此器件的阈值电压VT即为0.29V。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (2)

1.一种基于漏控产生电流提取MOSFET的阈值电压的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）选择高电学性能的MOSFET，悬空MOSFET的源端电极，在MOSFET的栅电极上施加一栅电压VG，确保沟道处于反型状态；
（3）扫描MOSFET的漏电压VD，使得MOSFET的沟道从反型区到耗尽区、积累区变化，测量漏极电流，即得到漏控漏极产生电流IDC；
（4）从获得漏控产生电流曲线IDC找出反型区到耗尽区变化的突变点T，读取T点对应的漏电压值VD(T)，并记下此时曲线对应的栅电压VG；
（5）求出MOSFET的漏电压值VD(T)和栅电压VG的差值，公式为：VT=VG-VD(T)，此差值即为阈值电压VT。
2.根据权利要求1所述的基于漏控产生电流提取MOSFET的阈值电压的方法，其特征在于，所述MOSFET包括N型MOSFET和P型MOSFET，N型MOSFET的VG为正值，P型MOSFET的VG为负值。
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