NBTI 實驗結果

(一) 不同電壓之 NBTI

pFET 在通道長度為 90nm 下，閘極端(Gate)依序從-2.3V、-2.4V、-2.5V 遞增給 定負偏壓，基極端(Body)、源極端(Source)、汲極端(Drain)同時接地(VB=VS=VD=0)，

分別探討單鰭結構與鰭數為 40 結構之量測結果並討論之。

圖 3-2、圖 3-3 及圖 3-4 分別為 pFET 單鰭結構下在閘極加上-2.3V、-2.4V 及-2.5V 的 Stress 電壓 100 分鐘前後的臨界電壓圖。臨界電壓值隨著 Stress 時間向左 偏移(變大)，最終在 100min 偏移了 28.57%、40%、50.19%。圖 3-5 為 pFET 單鰭 結構下在不同閘極偏壓下 Stress100 分鐘前後的臨界電壓變化圖，可以看到隨著閘 極給予的偏壓上升，臨界電壓偏移的幅度越明顯。圖 3-6 為 pFET 單鰭結構下在閘 極加上-2.3V,-2.4V,-2.5V 的 Stress 電壓 100 分鐘前後,臨界電壓變化量對 Stress 時間 變化圖。由 Power Law 公式可以得到其 n 值，分別為 0.169、0.188 及 0.195 皆小於 方，隨著 Stress 時間向左 shift，最終在 100min 偏移了 7.83%、11.4%、16.5%。圖 3-10 為 pFET 單鰭結構下在閘極加上不同的 Stress 電壓 100 分鐘前後的∆Gm,MAX圖，

隨著電性壓迫的時間，Gm,MAX 的衰退幅度越明顯，閘極給予的偏壓越高衰退程度 也越劇烈。圖 3-11、圖 3-12 及圖 3-13 分別為 pFET 單鰭結構下在閘極加上-2.3V、

-2.4V 及-2.5V 的 Stress 電壓 100 分鐘前後的 ID-VG圖。由 ID-VG圖中曲線斜率的改 變及直接計算次臨界擺幅值，可以發現隨著電性壓迫的時間開始上升，次臨界擺幅 開始上升，最終在 100min 上升了 16.65%、11.82%、20.21%。圖 3-14、圖 3-15 及 圖 3-16 分別為 pFET 單鰭結構下在閘極加上-2.3V、-2.4V 及-2.5V 的 Stress 電壓 100 分鐘前後的 ID-VD圖。由 ID-VD圖可以發現隨著 Stress 時間開始上升，驅動電 流開始衰退，最終在 100min 衰退了 3.34%、6.22%、4.39%。圖 3-17 pFET 單鰭結

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構下在閘極加上不同 Stress 電壓 100 分鐘前後的 ID degradation 圖，隨著電性壓迫 的時間上升，驅動電流退化的越明顯。圖 3-18、圖 3-19 及圖 3-20 分別為 pFET 鰭 數為 40 結構下在閘極加上-2.3V、-2.4V 及-2.5V 的 Stress 電壓 100 分鐘前後的臨界 電壓圖。臨界電壓值隨著 Stress 時間向左偏移(變大)，最終在 100min 偏移了 30.08%、

41.21%、57.56%。圖 3-21 為 pFET 鰭數為 40 結構下在閘極加上不同的 Stress 電壓 100 分鐘前後的臨界電壓(Vth)變化圖。可以看到隨著電性壓迫的時間上升，偏移量 也越大。閘極給予的電流越大偏移量也越多，但變化量的上升趨勢相當。圖 3-22 為 pFET 鰭數為 40 結構下在閘極加上-2.3V,-2.4V,-2.5V 的 Stress 電壓 100 分鐘前 後,臨界電壓變化量對 Stress 時間變化圖。由 Power Law 公式可以得到其 n 值，分 別為 0.189、0.198 及 0.197 皆小於 1/6。這裡還可以觀察到，閘極電壓給定-2.3V 時 與-2.4V 及-2.5V，有些微的差距，但大致上相當接近。圖 3-23、圖 3-24 及圖 3-25 分別為 pFET 鰭數為 40 結構下在閘極加上-2.3V、-2.4V 及-2.5V 的 Stress 電壓 100 分鐘前後的 Gm-VG圖。可以看到 Gm-VG圖在達到 Gm,MAX前的右方，隨著 Stress 時間向左 shift，最終在 100min 偏移了 9.16%、11.05%、12.43%。隨著電性壓迫時 間的上升，shift 量也越多。圖 3-26 為 pFET 鰭數為 40 結構下在閘極加上不同 Stress 電壓 100 分鐘前後的∆Gm,MAX圖。可以發現變化量隨著偏壓改變，趨勢仍相當接近。

圖 3-27、圖 3-28 及圖 3-29 分別為 pFET 鰭數為 40 結構下在閘極加上-2.3V、-2.4V 及-2.5V 的 Stress 電壓 100 分鐘前後的 ID-VG圖。由 ID-VG圖中曲線斜率的改變及 直接計算次臨界擺幅值，可以發現隨著 Stress 時間開始上升，次臨界擺幅開始上 升，最終在 100min 上升了 9.73%、9.98%、10.5%，次臨界擺幅只有些微的改變。

圖 3-30、圖 3-31 及圖 3-32 分別為 pFET 鰭數為 40 結構下在閘極加上-2.3V、-2.4V 及-2.5V 的 Stress 電壓 100 分鐘前後的 ID-VD圖。由 ID-VD圖可以發現隨著 Stress 時 間開始上升，驅動電流開始衰退，最終在 100min 衰退了 2.39%、2.86%、3.46%。

圖 3-33 pFET 鰭數為 40 結構下在閘極加上不同 Stress 電壓 100 分鐘前後的 ID

degradation 圖。可以見到衰退幅度隨著閘極偏壓的上升僅有些微的改變。

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(二) 不同鰭數目之 NBTI

pFET 在通道長度為 90nm 下，閘極端(Gate)依序從-2.3V、-2.4V、-2.5V 遞增給 定負偏壓，基極端(Body)、源極端(Source)、汲極端(Drain)同時接地(VB=VS=VD=0)，

同時呈現單鰭結構與鰭數為 40 結構之量測結果，分別呈現對鰭數歸一化及未歸一 化之狀態並進行比較。

圖 3-34、圖 3-35 及圖 3-36 分別為 pFET 單鰭與鰭數為 40 結構下在閘極加上 -2.3V、-2.4V 及-2.5V 的 Stress 電壓 100 分鐘後的臨界電壓比較圖。臨界電壓在 stress 進行 100min 後分別在-2.3V 偏移了 28.2%及 27.78%、-2.4V 偏移了 41.21%及 40%最後在-2.5V 偏移了 57.56%及 55.19%。基本上兩者的趨勢是相同的，鰭數為 40 結構之臨界電壓值較單鰭結構略高，上升的幅度也略大，但差距很小。還可以

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