Transistoråldring

Transistoråldring (ibland kallad kiselåldring ) är processen där kiseltransistorer utvecklar brister med tiden när de används, försämrar prestanda och tillförlitlighet och slutligen misslyckas helt . Trots namnet kan liknande mekanismer påverka transistorer gjorda av vilken typ av halvledare som helst. Tillverkare kompenserar för detta (liksom tillverkningsfel) genom att köra chips i lägre hastigheter än vad de från början kan ( underklockning ).

Orsaker

De främsta orsakerna till transistoråldring i MOSFET:er är elektromigration och laddningsfångning .

Elektromigrering är rörelsen av joner som orsakas av momentum från överföringen av elektroner i ledaren. Detta resulterar i nedbrytning av materialet, vilket orsakar intermittenta fel som är mycket svåra att diagnostisera, och eventuellt fel.

Laddningsfångning är relaterad till tidsberoende gateoxidnedbrytning och manifesterar sig som en ökning av resistans och tröskelspänning (den spänning som behövs för att transistorn ska leda) och en minskning av dräneringsströmmen. Detta försämrar chipets prestanda över tiden, tills tröskelvärdena slutligen kollapsar. Laddningsfångning sker på flera sätt:

Varmbärarinjektion (HCI) är där elektroner får tillräckligt med energi för att läcka in i oxiden, fastna där och eventuellt skada den.
Slumpmässigt telegrafbrus (RTN) kan också uppstå, där dräneringsströmmen fluktuerar mellan flera diskreta nivåer, och förvärras med ökande temperatur.
Bias temperature instability (BTI) är där laddning läcker in i oxiden när spänning appliceras på grinden, även utan ström som flyter genom transistorn. När spänningen tas bort från grinden försvinner laddningarna gradvis mellan millisekunder eller timmar.

Laddningsfångning fastställdes av John Szedon och Ting L. Chu som ett gångbart sätt att lagra digital information och utvecklades till SONOS , MirrorBit och 3D NAND-flashminnesteknologier ( charge trap flash) .

Se även

Keane, John; Kim, Chris H (25 april 2011). "Transistoråldring" . IEEE spektrum . Hämtad 21 juni 2020 .
Sguigna, Alan (25 augusti 2013). "Kiselåldring och signalintegritet" . TILLGÅNG InterTech . Hämtad 21 juni 2020 .