Evaluating the impact of charge traps on MOSFETs and ciruits

Abstract

Nesta tese são apresentados estudos do impacto de armadilhas no desempenho elétrico de MOSFETs em nível de circuito e um simulador Ensamble Monte Carlo (EMC) é apresentado visando a análise do impacto de armadilhas em nível de dispositivo. O impacto de eventos de captura e emissão de portadores por armadilhas na performance e confiabilidade de circuitos é estudada. Para tanto, um simulador baseado em SPICE que leva em consideração a atividade de armadilhas em simulações transientes foi desenvolvido e é apresentado seguido de estudos de caso em células SRAM, circuitos combinacionais, ferramentas de SSTA e em osciladores em anel. Foi também desenvolvida uma ferramenta de simulação de dispositivo (TCAD) atomística baseada no método EMC para MOSFETs do tipo p. Este simulador é apresentado em detalhes e seu funcionamento é testado conceitualmente e através de comparações com ferramentas comerciais similares.

This thesis presents studies on the impact of charge traps in MOSFETs at the circuit level, and a Ensemble Monte Carlo (EMC) simulation tool is developed to perform analysis on trap impact on PMOSFETs. The impact of charge trapping on the performance and reliability of circuits is studied. A SPICE based simulator, which takes into account the trap activity in transient simulations, was developed and used on case studies of SRAM, combinational circuits, SSTA tools and ring oscillators. An atomistic device simulator (TCAD) for modeling of p-type MOSFETs based on the EMC simulation method was also developed. The simulator is explained in details and its well function is tested.