Sviluppo e validazione di modelli discreti per lo studio della dispersione di soglia e delle correnti di perdita nei MOSFET

Negli ultimi anni le dimensioni dei dispositivi elettronici sono diminuite a tal punto da rendere non più trascurabile la natura atomistica della materia. La principale conseguenza di questo è che la diversa disposizione degli atomi droganti fra un dispositivo e l'altro modifica notevolmente le loro caratteristiche elettriche e di questo devono tenere conto i modelli numerici atti a descrivere fisicamente il funzionamento dei dispositivi stessi. I dispositivi per memorie sono tra quelli che maggiormente risentono di questi effetti perché a dimensione minima e lo studio della variabilità delle loro prestazioni, sia dovuta a tolleranze di processo che alle cause intrinseche legate alla granularità della materia, è di fondamentale importanza per la valutazione affidabilistica della tecnologia. Due sono i temi di variabilità trattati in questa tesi: la variabilità di soglia nelle memorie Flash e la variabilità delle correnti di perdita nelle memorie DRAM. Obiettivo del lavoro è stato quello di creare dei modelli da inserire nei simulatori numerici di dispositivo per studiare quantitativamente queste variabilità. A riguardo della variabilità di soglia nelle celle Flash, è stato studiato l'impatto della geometria di cella sulla dispersione di soglia neutra dovuta alla natura discreta del drogaggio e sulla distribuzione di ampiezza del rumore telegrafico casuale, rivelando che la geometria di cella agisce in maniera opposta su queste due dispersioni statistiche. Nel campo delle memorie DRAM è stata invece studiata la variabilità della corrente di perdita alla giunzione di drain-substrato del transistore di selezione, dominata ad alti campi elettrici da fenomeni di band-to-band tunneling. La variabilità della corrente di band-to-band tunneling dovuta alla disposizione casuale dei droganti discreti è stata investigata confrontando simulazioni numeriche e misure sperimentali, cercando di estrarre una legge di scaling per questa dispersione statistica. Considerando, da ultimo, la corrente di giunzione a bassi campi elettrici, è stato studiato l'impatto della discretizzazione dei centri di generazione-ricombinazione sulla variabilità della corrente di perdita assistita da difetti. A questo scopo, è stato sviluppato ed implementato un nuovo modello numerico per trattare le correnti di generazione-ricombinazione assistite da difetti nelle giunzioni di transistori MOSFET, verificandone la consistenza con i modelli continui. Dallo studio combinato della variabilità del band-to-band tunneling e delle correnti di generazione-ricombinazione assistite da difetti è stato possibile stimare la distribuzione statistica del tempo di ritenzione nelle celle di memoria DRAM.