Carrier trapping hysteresis in MOS transistors

Abstract

Measurements have been made of the hysteresis in the drain current (or equivalent gate voltage) of a number of commercial MOS transistors. The hysteresis was obtained after applying a negative voltage on the gate electrode. The hysteresis is attributed to trapping of charge carriers on oxide near the silicon oxide interface. A gate voltage hysteresis of the order of 0.01 to 0.2 V has been obtained depending on the transistor and kind of measurement. The traps studied follow a time constant dispersion of the form dN = (N0/τ) dτ, where dN is the density of traps with time constants between τ and τ + dτ and N0 is a normalization constant. It is shown that this time-constant dispersion is compatible with a simple tunneling model for the charge trapping and also with the low-frequency noise spectrum obtained from MOS transistors. Es wurden Messungen der Hysteresis des Drain-Stromes (oder der äquivalenten Gate-Spannung) einer Zahl kommerzieller MOS-Transistoren durchgeführt. Die Hysteresis wurde nach Anlegen einer negativen Spannung an die Gate-Elektrode erhalten. Die Hysteresis wird dem Anhaften von Ladungsträgern am Oxid in der Nähe der Siliziumoxid-Zwischenschicht zugeschrieben. Es wurde eine Gate-Spannung-Hysteresis von der Größenordnung von 0,01 bis 0,2 V erhalten, die vom Transistor und der Art der Messung abhängig war. Die untersuchten Haftstellen folgen einer Dispersionsbeziehung der Zeitkonstante von der Form dN = (N0/τ) dτ, wobei dN die Haftstellendichte mit einer Zeitkonstante zwischen τ und τ + dτ und N0 eine Normierungskonstante sind. Es wird gezeigt, daß diese Beziehung mit einem einfachen Tunnelmechanismus für das Anhaften der Ladungsträger und mit dem niederfrequenten Rauschspektrum, das von den MOS-Transistoren erhalten wurde, in Übereinstimmung ist.