发明内容
本发明实施例提供了一种晶体管热载流子注入寿命的预估方法、装置、设备及介质,以提高晶体管在变化的应力参数下预估的热载流子注入寿命的准确性。
根据本发明的一方面,提供了一种晶体管热载流子注入寿命的预估方法,包括:
确定晶体管的性能退化率关于测试时间和施加的应力参数的寿命预估函数关系;其中,施加变化的应力参数包括应力电压和/或应力温度;
获取所述晶体管在实际工作中不同时间施加的应力参数;
基于等效退化法,根据所述晶体管在实际工作中不同时间施加的应力参数以及所述寿命预估函数关系,预估所述晶体管的热载流子注入寿命。
可选的,确定晶体管的性能退化率关于测试时间和施加的应力参数的寿命预估函数关系,包括:
确定晶体管的多种测试条件,并获取所述晶体管在每一测试条件下,所述晶体管的性能退化率随测试时间的变化关系;其中,不同的测试条件中,施加给所述晶体管的应力电压和/或应力温度不同;
根据所述晶体管在每一测试条件下所述晶体管的性能退化率随测试时间的变化关系,确定所述晶体管的性能退化率关于测试时间和施加的应力参数的寿命预估函数关系;所述性能退化率包括漏极饱和电流的退化率、漏极线性电流的退化率、饱和阈值电压的退化率、线性阈值电压的退化率、线性跨导的退化率或饱和跨导的退化率。
可选的,不同的测试条件中,施加的所述应力电压大于所述晶体管的工作电压,并小于所述晶体管的失效击穿电压;所述应力电压包括栅极应力电压、源极应力电压和漏极应力电压;不同的测试条件中,施加给所述晶体管的栅极应力电压和/或漏极应力电压不同,所述源极应力电压和所述应力温度相同;所述确定晶体管的多种测试条件包括:
获取所述晶体管的漏极应力电压取值范围以及栅极应力电压取值范围;
在所述漏极应力电压取值范围内选定至少一个漏极应力电压,并在栅极应力电压取值范围内确定所述漏极应力电压对应的多种栅极应力电压;由此确定多个栅极应力电压不同的应力电压条件;
在所述栅极应力电压取值范围内选定至少一个栅极应力电压,并在漏极应力电压取值范围内确定所述栅极应力电压对应的多种漏极应力电压;由此确定多个漏极应力电压不同的应力电压条件。
可选的,所述晶体管的性能退化率包括漏极饱和电流的退化率;所述晶体管的性能退化率关于测试时间和施加的应力参数的寿命预估函数关系基于以下确定:
其中,ΔIdsat为所述晶体管的漏极饱和电流的退化率;Vg为栅极应力电压,Vd为漏极应力电压,t为测试时间。
可选的,确定所述晶体管在实际工作中不同时间施加的应力参数,包括:
根据栅极应力电压随时间变化的关系曲线,确定所述晶体管在实际工作中不同时间施加的栅极应力电压;
根据漏极应力电压随时间变化的关系曲线,确定所述晶体管在实际工作中不同时间施加的漏极应力电压。
可选的,根据所述晶体管在实际工作中不同时间施加的应力参数以及所述寿命预估函数关系,基于等效退化法预估所述晶体管的热载流子注入寿命,包括:
获取所述晶体管在实际工作中第一时间施加的栅极应力电压和漏极应力电压;其中,所述第一时间与初始工作时间的差值小于预设时间值;
根据所述第一时间、所述第一时间对应的栅极应力电压和漏极应力电压以及所述寿命预估函数关系,确定第一时间对应的性能退化率;
获取所述晶体管在实际工作中第二时间对应的栅极应力电压和漏极应力电压;所述第二时间大于所述第一时间;
根据所述第二时间对应的栅极应力电压和漏极应力电压、第一时间对应的性能退化率以及所述寿命预估函数关系,确定所述晶体管在所述第二时间对应的栅极应力电压和漏极应力电压下退化到第一时间对应的性能退化率时的等效退化时间;
根据所述第二时间与所述第一时间的时间差,与所述晶体管在所述第二时间对应的栅极应力电压和漏极应力电压下退化到第一时间对应的性能退化率时的等效退化时间的和,得到第二时间对应的实际退化时间;
根据所述第二时间对应的实际退化时间、所述第二时间施加的栅极应力电压和漏极应力电压以及所述寿命预估函数关系,确定第二时间对应的性能退化率;
获取所述晶体管在实际工作中第三时间对应的栅极应力电压和漏极应力电压;所述第三时间大于所述第二时间;
根据所述第三时间对应的栅极应力电压和漏极应力电压、第二时间对应的性能退化率以及所述寿命预估函数关系,确定所述晶体管在所述第三时间对应的栅极应力电压和漏极应力电压下退化到第二时间对应的性能退化率时的等效退化时间;
根据所述第三时间与所述第二时间的时间差,与所述晶体管在所述第三时间对应的栅极应力电压和漏极应力电压下退化到第二时间对应的性能退化率时的等效退化时间的和,得到第三时间对应的实际退化时间;
根据所述第三时间对应的实际退化时间、所述第三时间施加的栅极应力电压和漏极应力电压以及所述寿命预估函数关系,确定第三时间对应的性能退化率;依次类推,直至所述晶体管的性能退化率小于或等于失效标准值;
根据所述晶体管的性能退化率在小于或等于失效标准值时的实际退化时间预估所述热载流子注入寿命。
可选的,所述晶体管的性能退化率在小于或等于预设退化率时的实际退化时间基于以下确定:
其中,ΔIdsatn第n时间对应的漏极饱和电流的退化率,其值小于或等于失效标准值ΔIdsat_fail;Vgn为第n时间对应的栅极应力电压;Vdn为第n时间对应的漏极应力电压;tn为第n时间,tn-1为第n-1时间,为所述晶体管在所述第n时间对应的栅极应力电压和漏极应力电压下退化到第n-1时间对应的性能退化率时的等效退化时间;/>为第n时间对应的实际退化时间,由其预估所述热载流子注入寿命。
根据本发明的另一方面,提供了一种晶体管热载流子注入寿命的预估装置,包括:
函数确定模块,用于确定晶体管的性能退化率关于测试时间和施加的应力参数的寿命预估函数关系;其中,施加的应力参数包括应力电压和/或应力温度;
范围获取模块,用于获取所述晶体管在实际工作中不同时间施加的应力参数;
寿命预估模块,用于基于等效退化法,根据所述晶体管在实际工作中不同时间施加的应力参数以及所述寿命预估函数关系,预估所述晶体管的热载流子注入寿命。
根据本发明的另一方面,提供了一种电子设备,所述电子设备包括:
至少一个处理器;以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器;其中,
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序,所述计算机程序被所述至少一个处理器执行,以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例所述的晶体管热载流子注入寿命的预估方法。
根据本发明的另一方面,提供了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机指令,所述计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任一实施例所述的晶体管热载流子注入寿命的预估方法。
有益效果:本发明实施例提供了一种晶体管热载流子注入寿命的预估方法、装置、设备及介质,其中晶体管热载流子注入寿命的预估方法包括:确定晶体管的性能退化率关于测试时间和施加的应力参数的寿命预估函数关系;其中,施加的应力参数包括应力电压和/或应力温度;获取晶体管在实际工作中不同时间施加的应力参数;根据晶体管在实际工作中不同时间施加的应力参数以及寿命预估函数关系,基于等效退化法预估晶体管的热载流子注入寿命;本发明实施例提供的技术方案,通过等效退化法将变化的应力参数下的MOS管退化在应力时间上进行累计,进而得到变化的应力参数下MOS的热载流子注入的寿命,提高了晶体管在变化的应力电压或温度下预估的热载流子注入寿命的准确度。
应当理解,本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征,也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,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的实施例,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,都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
如背景技术,目前MOS管的热载流子注入寿命测试是施加相同应力电压时记录不同时间下所测试的MOS管性能指标的退化幅度,依据MOS管性能指标的退化幅度和寿命模型推算其在正常工作电压或1.1倍工作电压下的热载流子注入寿命。
图1是现有技术中提供的一种 NMOS 管热载流子注入测试的电路结构及施加测试电压的时序示意图。参考图1,NMOS管N11是被选择进行测试的样品,将其衬底与源极均连接到地。进行测试前,NMOS管N11处于工作状态下,即 NMOS管N11栅极和漏极两端的电压均为工作电压(operating voltage) Vop。测试时,在t1时刻至t2时刻期间,对NMOS管N11的栅极和漏极同时施加应力电压(stress voltage) Vstress;在t2时刻至t3时刻期间,对NMOS管N11的栅极和漏极施加的电压由应力电压Vstress变为工作电压Vop,在此期间,检测NMOS管N11的漏极饱和电流;在 t3 时刻至 t4 时刻之间,再次对NMOS管N11的栅极和漏极施加应力电压Vstress。重复上述测试过程,施加应力电压 Vstress的累计时间不断增加,检测到的NMOS管N11漏极饱和电流也随之发生变化,通过计算可以得到NMOS管N11的漏极饱和电流衰减幅度随时间变化的关系。
图 2是采用图1 所示测试电路测试NMOS 管漏极饱和电流衰减结果示意图。参考图2,横轴表示测试时间(t),即施加应力电压的累计时间;纵轴表示由热载流子注入引起的MOS性能指标的退化量。此处退化量是NMOS 管漏极饱和电流衰减幅度(%),即漏极饱和电流退化率。图2中的三组曲线是按照传统方法测试在三个直流应力电压(1.4V、1.5V 和1.6V)下的漏极电流退化率、并对漏极饱和电流退化率对应的离散点进行拟合得到。通常,将MOS管漏极饱和电流衰减幅度为 10% 作为失效判据。采用热载流子注入测试可以预测 MOS 管热载流子注入寿命,即对所测试的 MOS 管进行热载流子注入直至其器件参数失效,所耗费的时间就是器件的失效时间,根据失效时间和寿命模型就可以计算 MOS 管热载流子注入寿命。但是,这种推算热载流子注入寿命的方法要求MOS需要施加相同应力电压,不能准确的预估出MOS管在实际工作中施加变化的应力电压时的热载流子注入寿命。
鉴于此,本发明实施例提供了一种晶体管热载流子注入寿命的预估方法,图3是本发明实施例提供的一种晶体管热载流子注入寿命的预估方法的流程图,参考图3,晶体管热载流子注入寿命的预估方法包括:
S110、确定晶体管的性能退化率关于测试时间和施加的应力参数的寿命预估函数关系;其中,施加变化的应力参数包括应力电压和/或应力温度。
具体的,晶体管的性能退化由热载流子注入引起,性能退化率可用于推算MOS的寿命。本发明实施例中用性能退化率来表示性能退化量与未施加应力条件时的初始状态的性能值的比例。性能退化率可以是阈值电压变化ΔVt、电流变化ΔId、跨导变化Δgm等参数中的一种引起。则性能退化率可以包括漏极饱和电流的退化率ΔIdsat、漏极线性电流的退化率ΔIdlin、饱和阈值电压的退化率Δvtsat、线性阈值电压的退化率Δvtlin、线性跨导的退化率Δgmlin或饱和跨导的退化率Δgmsat。施加的可变化的应力参数可以为向晶体管施加的应力电压和应力温度中的至少一种。寿命预估函数关系中的应力电压可以包括栅极电压和漏极电压。应力温度包括晶体管所处的环境温度。测试时间为施加应力参数的累计时间。晶体管的性能退化率关于测试时间和施加的应力参数的寿命预估函数关系,可以理解为晶体管的性能退化率与测试时间以及施加的应力参数之间的等式关系。若晶体管的性能退化率、测试时间和应力参数中的任意两个为已知量,可根据寿命预估函数关系计算出第三个量。
示例的,寿命预估函数关系中的应力参数包括栅极应力电压和漏极应力电压两种应力电压;晶体管的性能退化率包括漏极饱和电流的退化率。则晶体管的性能退化率关于测试时间和施加的应力参数的寿命预估函数关系基于以下确定:
其中,ΔIdsat为所述晶体管的漏极饱和电流的退化率(漏极饱和电流衰减幅度);Vg为栅极应力电压,Vd为漏极应力电压,t为测试时间。
若已知晶体管施加的栅极应力电压Vg,漏极应力电压Vd以及测试时间t,可以根据寿命预估函数关系计算出晶体管的漏极饱和电流的衰减幅度。同理,若已知晶体管此时的漏极饱和电流的退化率ΔIdsat,以及晶体管施加的栅极应力电压Vg,漏极应力电压Vd;可以根据寿命预估函数关系计算出晶体管施加应力电压的累计时间。
S120、获取晶体管在实际工作中不同时间施加的应力参数。
具体的,晶体管在实际工作中不同时间施加的应力参数可以不同。示例的,晶体管在实际工作中不同时间施加的应力电压可以不同,施加的应力电压也可以按照预设的规律进行变化。或者,晶体管在实际工作中不同时间施加的应力温度可以不同,施加的应力温度也可以按照预设的规律进行变化。
S130、根据晶体管在实际工作中不同时间施加的应力参数以及寿命预估函数关系,基于等效退化法预估晶体管的热载流子注入寿命。
具体的,晶体管在不同的应力参数下工作相同的时间,晶体管的性能退化率的变化幅度同常不同。通过等效退化法将变化的应力参数下的晶体管的性能退化在应力时间上进行累计,直至晶体管的性能退化率小于或等于失效标准值,即晶体管进行热载流子注入直至其器件参数失效,所耗费的时间就是器件的失效时间。根据失效时间可以推算得到变化的应力电压下晶体管的热载流子注入的寿命。
本发明实施例提供的晶体管热载流子注入寿命的预估方法包括:确定晶体管的性能退化率关于测试时间和施加的应力参数的寿命预估函数关系;其中,施加的应力参数包括应力电压和/或应力温度;获取晶体管在实际工作中不同时间施加的应力参数;根据晶体管在实际工作中不同时间施加的应力参数以及寿命预估函数关系,基于等效退化法预估晶体管的热载流子注入寿命;本发明实施例提供的技术方案,通过等效退化法将变化的应力参数下的MOS管退化在应力时间上进行累计,进而得到变化的应力参数下MOS的热载流子注入的寿命,提高了晶体管在变化的应力电压或温度下预估的热载流子注入寿命的准确度。
图4是本发明实施例提供的另一种晶体管热载流子注入寿命的预估方法的流程图,参考图4,晶体管热载流子注入寿命的预估方法包括:
S210、确定晶体管的多种测试条件,并获取晶体管在每一测试条件下,晶体管的性能退化率随测试时间的变化关系;其中,不同的测试条件中,施加给晶体管的应力电压和/或应力温度不同。
具体的,确定晶体管的多种测试条件。其中,每一种测试条件的测试参数均包括栅极应力电压Vg、源极应力电压Vs、漏极应力电压Vd、衬底电压Vb、测试温度T、测试时间t。以栅极电压和源漏极电压随时间变化为例,不同的测试条件中,施加给晶体管的栅极应力电压和/或漏极应力电压不同。其他应力条件为固定值,不随时间变化而变化;即源极电压Vs、衬底电压Vb、测试温度T和测试时间t不变。需要说明的是,不同的测试条件中,施加的应力电压大于晶体管的工作电压,并小于晶体管的失效击穿电压。
可选的,确定晶体管的多种测试条件具体包括:
获取晶体管的漏极应力电压取值范围以及栅极应力电压取值范围;
在漏极应力电压取值范围内选定至少一个漏极应力电压,并在栅极应力电压取值范围内确定漏极应力电压对应的多种栅极应力电压;由此确定多个栅极应力电压不同的应力电压条件;
在栅极应力电压取值范围内选定至少一个栅极应力电压,并在漏极应力电压取值范围内确定栅极应力电压对应的多种漏极应力电压;由此确定多个漏极应力电压不同的应力电压条件。
示例性的,在漏极应力电压取值范围内选定三个不同栅极电压Vg1,Vg2,Vg3,例如分别为1.4V,1.5V,1.6V。在栅极应力电压取值范围内选定三个不同源漏极电压Vd1,Vd2,Vd3;例如分别为1.4V,1.5V,1.6V。由任意三个不同源极电压中的一个,例如Vd1=1.4V,三个不同栅极电压和其他应力条件可以组成三组应力条,即G1(Vg1,Vd1,Vs,Vb,T,t), G2(Vg2,Vd1,Vs,Vb,T,t), G3(Vg3,Vd1,Vs,Vb,T,t)。同理,由任意三个不同栅极电压中的一个,例如Vg1=1.4V,三个不同漏极电压和其他应力条件可以组成三组应力条件,即D1(Vg1,Vd1,Vs,Vb,T,t), D2(Vg1,Vd2,Vs,Vb,T,t), D3(Vg1,Vd3,Vs,Vb,T,t)。
分别在G1,G2,G3测试条件下,测试时间t=10000对晶体管进行性能退化率的测试。测试方式可以按照上述背景技术的测试方式。将晶体管衬底与源极均连接到地,保持晶体管的环境温度恒定。按照预设周期对晶体管的栅极和漏极依次输入工作电压和应力电压,直至输入应力电压的累计时间等于10000s。在测试过程中,每次输入工作电压时对晶体管的漏极饱和电流的退化率进行检测。其中,每次输入工作电压的时长小于每次输入应力电压的时长。从而可以分别获得在G1,G2,G3测试条件下不同的测试时间对应的晶体管的性能退化率。
分别在D1,D2,D3测试条件下,测试时间t=10000对晶体管进行性能退化率的测试。将晶体管衬底与源极均连接到地,保持晶体管的环境温度恒定。按照预设周期对晶体管的栅极和漏极依次输入工作电压和应力电压,直至输入应力电压的累计时间等于10000s。在测试过程中,每次输入工作电压时对晶体管进行的漏极饱和电流的退化率进行检测。其中,每次输入工作电压的时长小于每次输入应力电压的时长。从而可以分别获得在D1,D2,D3测试条件下不同的测试时间对应的晶体管的性能退化率。
S220、根据晶体管在每一测试条件下晶体管的性能退化率随测试时间的变化关系,确定晶体管的性能退化率关于测试时间和施加的应力参数的寿命预估函数关系。
示例性的,对获取到的全部的数据进行处理,可以得到ΔIdsat关于栅极电压Vg、源漏极电压Vd和测试时间t的函数关系式ΔIdsat=f(Vg,Vd,t)。
S230、获取晶体管在实际工作中不同时间施加的应力参数。
S240、根据晶体管在实际工作中不同时间施加的应力参数以及寿命预估函数关系,基于等效退化法预估晶体管的热载流子注入寿命。
在上述实施例的基础上,本发明的实施例中,确定晶体管的性能退化率关于测试时间和施加的应力参数的寿命预估函数关系具体包括:确定晶体管的多种测试条件,并获取晶体管在每一测试条件下,晶体管的性能退化率随测试时间的变化关系;其中,不同的测试条件中,施加给晶体管的应力电压和/或应力温度不同,其它应力条件相同;根据晶体管在每一测试条件下晶体管的性能退化率随测试时间的变化关系,实现对晶体管的性能退化率关于测试时间和施加的应力参数的寿命预估函数关系的确定。通过在不同测试条件下得到准确的实验数据,经过数据处理得到寿命预估函数关系,可以提高寿命预估函数关系的准确性,从而提高对晶体管热载流子注入寿命预估的准确性。
图5是本发明实施例提供的另一种晶体管热载流子注入寿命的预估方法的流程图,参考图5,晶体管热载流子注入寿命的预估方法包括:
S310、确定晶体管的性能退化率关于测试时间和施加的应力参数的寿命预估函数关系;其中,施加的可变的应力参数包括应力电压。
具体的,晶体管的性能退化率包括漏极饱和电流的退化率;晶体管的性能退化率关于测试时间和施加的应力参数的寿命预估函数关系基于以下确定:
其中,ΔIdsat为晶体管的漏极饱和电流的退化率;Vg为栅极应力电压,Vd为漏极应力电压,t为测试时间。
S320、根据栅极应力电压随时间变化的关系曲线,确定晶体管在实际工作中不同时间施加的栅极应力电压,以及根据漏极应力电压随时间变化的关系曲线,确定晶体管在实际工作中不同时间施加的漏极应力电压。
S330、根据晶体管在实际工作中不同时间施加的应力参数以及寿命预估函数关系,基于等效退化法预估晶体管的热载流子注入寿命。
在上述实施例的基础上,本发明的实施例中,确定晶体管在实际工作中不同时间施加的应力参数具体包括:根据栅极应力电压随时间变化的关系曲线,确定晶体管在实际工作中不同时间施加的栅极应力电压;根据漏极应力电压随时间变化的关系曲线,确定晶体管在实际工作中不同时间施加的漏极应力电压。示例性的,图6是本发明实施例提供的一种MOS管漏极电压和栅极电压随时间变化的曲线图,参考图6,漏极应力电压随时间变化的关系曲线可以为正谐波曲线,栅极应力电压随时间变化的关系曲线可以为余谐波曲线。
图7 是本发明实施例提供的一种晶体管热载流子注入寿命的预估方法中步骤S130、步骤S230和步骤S330的具体步骤流程图,参考图7,根据晶体管在实际工作中不同时间施加的应力参数以及寿命预估函数关系,基于等效退化法预估晶体管的热载流子注入寿命,包括:
S301、获取晶体管在实际工作中第一时间施加的栅极应力电压和漏极应力电压;其中,第一时间与初始工作时间的差值小于预设时间值。
S302、根据第一时间、第一时间对应的栅极应力电压和漏极应力电压以及寿命预估函数关系,确定第一时间对应的性能退化率。
S303、获取晶体管在实际工作中第二时间对应的栅极应力电压和漏极应力电压;第二时间大于第一时间。
S304、根据第二时间对应的栅极应力电压和漏极应力电压、第一时间对应的性能退化率以及寿命预估函数关系,确定晶体管在第二时间对应的栅极应力电压和漏极应力电压下退化到第一时间对应的性能退化率时的等效退化时间。
S305、根据第二时间与第一时间的时间差,与晶体管在第二时间对应的栅极应力电压和漏极应力电压下退化到第一时间对应的性能退化率时的等效退化时间的和,得到第二时间对应的实际退化时间。
S306、根据第二时间对应的实际退化时间、第二时间施加的栅极应力电压和漏极应力电压以及寿命预估函数关系,确定第二时间对应的性能退化率。
S307、获取晶体管在实际工作中第三时间对应的栅极应力电压和漏极应力电压;第三时间大于第二时间。
S308、根据第三时间对应的栅极应力电压和漏极应力电压、第二时间对应的性能退化率以及寿命预估函数关系,确定晶体管在第三时间对应的栅极应力电压和漏极应力电压下退化到第二时间对应的性能退化率时的等效退化时间。
S309、根据第三时间与第二时间的时间差,与晶体管在第三时间对应的栅极应力电压和漏极应力电压下退化到第二时间对应的性能退化率时的等效退化时间的和,得到第三时间对应的实际退化时间。
S3010、根据第三时间对应的实际退化时间、第三时间施加的栅极应力电压和漏极应力电压以及寿命预估函数关系,确定第三时间对应的性能退化率;依次类推,直至晶体管的性能退化率小于或等于失效标准值。
S3011、根据晶体管的性能退化率在小于或等于失效标准值时的实际退化时间预估热载流子注入寿命。
晶体管的性能退化率在小于或等于预设退化率时的实际退化时间基于以下确定:
其中,ΔIdsatn第n时间对应的漏极饱和电流的退化率,其值小于或等于失效标准值ΔIdsat_fail;Vgn为第n时间对应的栅极应力电压;Vdn为第n时间对应的漏极应力电压;tn为第n时间,tn-1为第n-1时间,为所述晶体管在所述第n时间对应的栅极应力电压和漏极应力电压下退化到第n-1时间对应的性能退化率时的等效退化时间;/>为第n时间对应的实际退化时间,由其预估所述热载流子注入寿命。
具体的,图8是本发明实施例提供的一种等效退化法的原理图,参考图8,结合图7。第一时间t1时,MOS管的性能退化率为。第二时间t2对应的漏极电压和栅极电压分别对应Vd2和Vg2;在t2时间对应的退化曲线上达到退化ΔIdsat1所需时间为/>,即/>,由此可以得到/>。所以t2时间的MOS管的性能退化率为/>。同理,在第三时间t3对应退化曲线上达到性能退化率ΔIdsat2所需时间为/>,即/>,由此可以求得/>。所以第三时间t3对应的MOS管的性能退化率为。依次类推,MOS管的性能退化率在不断累加。tn时间所对应的源极电压和栅极电压分别对应Vdn和Vgn,可以得到。当ΔIdsatn 等于失效标准值ΔIdsat_fail,即MOS退化达到失效标准,MOS热载流子注入寿命/>。
本发明实施例还提供了一种晶体管热载流子注入寿命的预估装置,图9是本发明实施例提供的一种晶体管热载流子注入寿命的预估装置的结构框图,参考图9,包括:
函数确定模块10,用于确定晶体管的性能退化率关于测试时间和施加的应力参数的寿命预估函数关系;其中,施加变化的应力参数包括应力电压和/或应力温度;
范围获取模块20,用于获取晶体管在实际工作中不同时间施加的应力参数;
寿命预估模块30,用于基于等效退化法,根据晶体管在实际工作中不同时间施加的应力参数以及寿命预估函数关系,预估晶体管的热载流子注入寿命。
本发明实施例提供的技术方案,通过等效退化法将变化的应力参数下的MOS管退化在应力时间上进行累计,进而得到变化的应力参数下MOS的热载流子注入的寿命,提高了晶体管在变化的应力电压或温度下预估的热载流子注入寿命的准确度。
可选的,函数确定模块10包括:
测试条件确定单元,用于确定晶体管的多种测试条件;
性能退化率获取单元,用于获取晶体管在每一测试条件下,晶体管的性能退化率随测试时间的变化关系;其中,不同的测试条件中,施加给晶体管的应力电压和/或应力温度不同;
寿命预估函数确定单元,用于根据晶体管在每一测试条件下晶体管的性能退化率随测试时间的变化关系,确定晶体管的性能退化率关于测试时间和施加的应力参数的寿命预估函数关系。
可选的,测试条件确定单元还用于获取晶体管的漏极应力电压取值范围以及栅极应力电压取值范围;以及用于在漏极应力电压取值范围内选定至少一个漏极应力电压,并在栅极应力电压取值范围内确定漏极应力电压对应的多种栅极应力电压,由此确定多个栅极应力电压不同的应力电压条件;以及用于在栅极应力电压取值范围内选定至少一个栅极应力电压,并在漏极应力电压取值范围内确定栅极应力电压对应的多种漏极应力电压,由此确定多个漏极应力电压不同的应力电压条件。
可选的,晶体管的性能退化率包括漏极饱和电流的变化幅度;寿命预估函数确定单元确定的寿命预估函数关系为以下公式:
其中,ΔIdsat为晶体管的漏极饱和电流的退化率;Vg为栅极应力电压,Vd为漏极应力电压,t为测试时间。
可选的,范围获取模块20用于根据栅极应力电压随时间变化的关系曲线,确定晶体管在实际工作中不同时间施加的栅极应力电压;以及用于根据漏极应力电压随时间变化的关系曲线,确定晶体管在实际工作中不同时间施加的漏极应力电压。
可选的,寿命预估模块30包括:
第一获取单元,用于获取晶体管在实际工作中第一时间施加的栅极应力电压和漏极应力电压;其中,第一时间与初始工作时间的差值小于预设时间值;
第一计算单元,用于根据第一时间、第一时间对应的栅极应力电压和漏极应力电压以及寿命预估函数关系,确定第一时间对应的性能退化率;
所述第一获取单元还用于获取晶体管在实际工作中第二时间对应的栅极应力电压和漏极应力电压;第二时间大于第一时间;
第二计算单元,用于根据第二时间对应的栅极应力电压和漏极应力电压、第一时间对应的性能退化率以及寿命预估函数关系,确定晶体管在第二时间对应的栅极应力电压和漏极应力电压下退化到第一时间对应的性能退化率时的等效退化时间;
第三计算单元,用于根据第二时间与第一时间的时间差,与晶体管在第二时间对应的栅极应力电压和漏极应力电压下退化到第一时间对应的性能退化率时的等效退化时间的和,得到第二时间对应的实际退化时间;
第一计算单元还用于根据第二时间对应的实际退化时间、第二时间施加的栅极应力电压和漏极应力电压以及寿命预估函数关系,确定第二时间对应的性能退化率;
第一获取单元还用于获取晶体管在实际工作中第三时间对应的栅极应力电压和漏极应力电压;第三时间大于第二时间;
第二计算单元还用于根据第三时间对应的栅极应力电压和漏极应力电压、第二时间对应的性能退化率以及寿命预估函数关系,确定晶体管在第三时间对应的栅极应力电压和漏极应力电压下退化到第二时间对应的性能退化率时的等效退化时间;
第三计算单元还用于根据第三时间与第二时间的时间差,与晶体管在第三时间对应的栅极应力电压和漏极应力电压下退化到第二时间对应的性能退化率时的等效退化时间的和,得到第三时间对应的实际退化时间;
第一计算单元还用于根据第三时间对应的实际退化时间、第三时间施加的栅极应力电压和漏极应力电压以及寿命预估函数关系,确定第三时间对应的性能退化率;
依次类推,直至晶体管的性能退化率小于或等于失效标准值;
寿命预估单元,用于根据晶体管的性能退化率在小于或等于失效标准值时的实际退化时间预估热载流子注入寿命。其中,晶体管的性能退化率在小于或等于预设退化率时的实际退化时间基于以下确定:
其中,ΔIdsatn第n时间对应的漏极饱和电流的退化率,其值小于或等于失效标准值ΔIdsat_fail;Vgn为第n时间对应的栅极应力电压;Vdn为第n时间对应的漏极应力电压;tn为第n时间,tn-1为第n-1时间,为所述晶体管在所述第n时间对应的栅极应力电压和漏极应力电压下退化到第n-1时间对应的性能退化率时的等效退化时间;/>为第n时间对应的实际退化时间,由其预估所述热载流子注入寿命。
本发明实施例所提供的晶体管热载流子注入寿命的预估装置可执行本发明任意实施例所提供的晶体管热载流子注入寿命的预估方法,具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
本发明实施例还提供了一种电子设备,电子设备包括:
至少一个处理器;以及
与至少一个处理器通信连接的存储器;其中,
存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序,计算机程序被至少一个处理器执行,以使至少一个处理器能够执行本发明任意实施例所提供的热载流子注入寿命的预估方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质,计算机可读存储介质存储有计算机指令,计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任意实施例所提供的热载流子注入寿命的预估方法。
注意,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明不限于这里所述的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。