Electron trapping in amorphous Al2O3

The electron trapping in MOS capacitors with amorphous Al2O3 as an insulating layer was studied through pulsed capacitance-voltage technique. A positive shift of the voltage value corresponding to a constant capacitance (VC) was observed. The dependences of the voltage instability with the applied bias and the charging time were investigated. Two different contributions could be distinguished: a hysteresis phenomenon observed on each measurement cycle, and a permanent accumulated VC-shift to which each measurement cycle contributes. A physical model based on tunneling transitions between the substrate and defects within the oxide was implemented. From the fitting procedure within the energy range covered in our measurements (1.7-2.7 eV below the conduction band edge), the trap density was found to decrease exponentially with trap energy depth from 3.0 × 1020 cm-3eV-1 to 9.6 × 1018 cm-3eV-1, with a uniform spatial distribution within the first 2 nm from the semiconductor interface for the hysteresis traps.Fil: Sambuco Salomone, Lucas Ignacio. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Física. Laboratorio de Física de Dispositivos Microelectrónica; ArgentinaFil: Campabadal, F.. Instituto de Microelectronica de Barcelona; EspañaFil: Faigon, Adrián Néstor. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Física. Laboratorio de Física de Dispositivos Microelectrónica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; Argentin

Modelización numérica de la pérdida de carga inducida por radiación en celdas CMOS de puerta flotante

Mediante un modelo numérico desarrollado recientemente y basado en principios físicos, se estudia la respuesta a la radiación de celdas de compuerta flotante programadas/borradas. El rol que juega la captura de carga en los óxidos en el desplazamiento total de la tensión umbral con la dosis es debidamente evaluado a través de la variación de la tasa de captura de los huecos generados por radiación. Se considera un modelo analítico simplificado y se discuten sus limitaciones.The radiation response of programmed/erased floating gate cells is studied by numerical simulations through a recently developed physics-based numerical model. The role played by oxide trapped charge in the overall threshold voltage shift with dose is properly evaluated by varying the capture rate of radiation-generated holes. A simplified analytical model is considered, and its limitations are discussed.Fil: Sambuco Salomone, Lucas Ignacio. Universidad de Buenos Aires; ArgentinaFil: García Inza, Mariano Andrés. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; ArgentinaFil: Carbonetto, Sebastián Horacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; ArgentinaFil: Faigon, Adrián Néstor. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; Argentin

Numerical modeling of radiation-induced charge neutralization in MOS devices

Radiation-induced charge neutralization at different bias is studied for 230 nm p-channel MOS dosimeters under γ-radiation. A physics-based numerical model is employed to reproduce the experimental results. Good agreement is obtained between measurements and simulations considering capture and neutralization rates independent of electric field during neutralization stages. Sensitivity curves during neutralization stages show a two part process consisting of a slow decrease for short times followed by a rapid fall. Remarkably, the model predicts this behavior and allows to understand that in terms of the potential well generated due to trapped holes within the oxide.Fil: Sambuco Salomone, Lucas Ignacio. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Física. Laboratorio de Física de Dispositivos Microelectrónica; ArgentinaFil: García Inza, Mariano Andrés. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Física. Laboratorio de Física de Dispositivos Microelectrónica; ArgentinaFil: Carbonetto, Sebastián Horacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Física. Laboratorio de Física de Dispositivos Microelectrónica; ArgentinaFil: Lipovetzky, José. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; ArgentinaFil: Redin, Eduardo Gabriel. Universidad de Buenos Aires; ArgentinaFil: Faigon, Adrián Néstor. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Física. Laboratorio de Física de Dispositivos Microelectrónica; Argentin

Zero temperature coefficient bias in MOS devices. Dependence on interface traps density, application to MOS dosimetry

In this paper the influence of temperature fluctuations on the response of thick gate oxide metal oxide semiconductor dosimeters is reviewed and the zero temperature coefficient (ZTC) method is evaluated for error compensation. The response of the ZTC current to irradiation is studied showing that the error compensation impoverishes with absorbed dose. Finally, an explanation and analytic expression for the shifts in the ZTC current with irradiation based on the interface traps creation is proposed and verified with experimental data.Fil: Carbonetto, Sebastián Horacio. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: García Inza, Mariano Andrés. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Lipovetzky, José. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Redin, Eduardo Gabriel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Sambuco Salomone, Lucas Ignacio. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Faigon, Adrian Nestor. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; Argentin

Influence of Interface Traps on MOSFET thermal coefficients and its effects on the ZTC current

Interface degradation-induced shifts of MOSFET thermal coefficients and zero temperature coefficient current (IZTC) were studied by monitoring the interface traps (Nit) growth in a thick oxide n-channel MOSFET due to exposure to ionizing radiation, and to further annealing at room temperature. A new physics-based compact model was proposed to account for the observed results, and to predict the evolution of these parameters as interface traps are generated during stress. Within a range (0–40∘C) around room temperature, both the inverse of the mobility and the threshold voltage thermal coefficient varied roughly linear with Nit, with relative variations of 5.2×10−13eVcm2 and −9.33×10−13eVcm2, respectively. Furthermore, the dependence for IZTC with Nit can also be approximated to a linear expression, with a relative increment of 1.94×10−12eVcm2. The implications for temperature error mitigation in MOS sensors were discussed.Fil: García Cozzi, R.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; ArgentinaFil: Redin, Eduardo Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; ArgentinaFil: García Inza, Mariano Andrés. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; ArgentinaFil: Sambuco Salomone, Lucas Ignacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; ArgentinaFil: Faigon, Adrián Néstor. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; ArgentinaFil: Carbonetto, Sebastián Horacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; Argentin

Comparative analysis of MIS capacitance structures with high-k dielectrics under gamma, 16O and p Radiation

MIS capacitance structures, with Hafnium Oxide, Alumina and nanolaminate as dielectrics were studied under gamma photons Co, 25 MeV oxygen ions and 10 MeV protons radiation using capacitance-voltage (C-V) characterization. The main trend of the results shows that the nanolaminates stack presents the highest levels of hysteresis and stretch-out of the C-V curves, suggesting that interface layers between dielectrics could play a relevant role in the study of the radiation response.Fil: Quinteros, C. P.. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Sambuco Salomone, Lucas Ignacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires; ArgentinaFil: Redin, Eduardo Gabriel. Universidad de Buenos Aires; ArgentinaFil: Rafí, J. M.. Consejo Superior de Investigaciones Científicas; EspañaFil: Zabala, M.. Consejo Superior de Investigaciones Científicas; EspañaFil: Faigón, A.. Universidad de Buenos Aires; ArgentinaFil: Palumbo, Félix Roberto Mario. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Campabadal, F.. Consejo Superior de Investigaciones Científicas; Españ

Long Term Effects of Charge Redistribution in Cycled Bias Operating MOS Dosimeter

Techniques based on bias switching during the irradiation allow to extend the measurement range of MOS dosimeters. The response of the REM RFT300 RADFET dosimeter during bias cycled measurements shows a slow shift of the quasi-steady state threshold voltage value during radiation-induced charge neutralization. This phenomenon was previously explained as due to the presence of border traps. In this work, a recently developed numerical model which included the main physical processes leading to hole trapping and neutralization in MOS oxides was used to reproduce this experiment. The application of the model shows that the slow shift of the quasi-steady state threshold voltage during neutralization stages is a consequence of the spatial redistribution of trapped charge within the oxide. The effect this phenomenon has on MOS dosimetry is analyzed.Fil: Sambuco Salomone, Lucas Ignacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; ArgentinaFil: Holmes Siedle, A.. REM Oxford; Reino UnidoFil: Faigon, Adrián Néstor. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; Argentin

Modeling Switched Bias Irradiations on Floating Gate Devices: Application to Dosimetry

The response of floating gate (FG) devices to 60Co gamma -rays under switched bias conditions is studied by real-time monitoring of the threshold voltage evolution with accumulated dose. Samples were fabricated in a 1.5- mu ext{m} CMOS process, suitable for dosimetry applications. A physics-based numerical model of total ionizing dose (TID) effects in FG MOS devices is developed, taking into consideration the dominant microscopic processes leading to charge accumulation/neutralization across the structure. The main parameters of the model are the capture and neutralization rates in both oxides (tunnel and interpoly), and the initial FG charge. A dataset of experimental measurements is used to extract those parameters. Then, the model is applied to predict the response of later experiments. In one case, the device is irradiated under different switching bias voltages, yielding a mean absolute error of 1.8%. With the same set of parameters, but using another device, the model is able to predict with an error of 2.1%, an exposition performed with a V{t} -shift range twice the one in the first experiment. The predictive power of the model in a wide range of experimental conditions relies on the physics principles behind it. Combined experiments plus simulations allow to distinguish how charges in each layer of the structure evolve and contribute to the overall response. As an application of the model, cycled measurement technique for dosimetry is investigated.Fil: Sambuco Salomone, Lucas Ignacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; ArgentinaFil: García Inza, Mariano Andrés. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; ArgentinaFil: Carbonetto, Sebastián Horacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; ArgentinaFil: Lipovetzky, José. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Redin, Eduardo Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; ArgentinaFil: Faigon, Adrián Néstor. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; Argentin

Experimental characterization and numerical modeling of total ionizing dose effects on field oxide MOS dosimeters

The response of MOS dosimeters fabricated using field oxide as gate insulator was characterized measuring the threshold voltage shift with absorbed dose. Sensitivity for different applied bias and threshold voltage evolution with dose for constant bias were experimentally obtained. A physics-based numerical model was developed to reproduce these measurements. The model includes the main physical processes leading to hole trapping and neutralization with the capture rate per free hole as the only fitting parameter. The model predicted further experiments of the zero bias sensitivity for an extended dose range. For low threshold voltage values, charge neutralization was observed. Simulations were insensitive to the value of the neutralization-related physical parameter, even during threshold voltage recovery. We showed that this result is related with the presence of a potential well for electrons within the oxide which drives the neutralization process. This dosimeter was compared to other thick oxide ones and different dosimetry considerations were discussed.Fil: Cassani, María Victoria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; ArgentinaFil: Sambuco Salomone, Lucas Ignacio. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Carbonetto, Sebastián Horacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Faigon, Adrián Néstor. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; ArgentinaFil: Redin, Eduardo Gabriel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: García Inza, Mariano Andrés. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; Argentin

Experimental evidence and modeling of non-monotonic responses in MOS dosimeters

The evolution of the threshold voltage of MOS dosimeters during irradiation under switched bias is investigated with the aim of using the sensors with a new biasing technique. The devices response to a bias change does not only depend on the instant threshold voltage and bias, and may lead to non-monotonical behavior under fixed bias following the switch. This work shows experimental evidence for this effect and presents a simple model based on oxide charge buildup and neutralization. The proposed model reproduces the experimental data assuming the existence of two types of hole traps in the oxide. Physical interpretations of the results are discussed.Fil: Faigon, Adrián Néstor. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Física. Laboratorio de Física de Dispositivos Microelectrónica; ArgentinaFil: García Inza, Mariano Andrés. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Física. Laboratorio de Física de Dispositivos Microelectrónica; ArgentinaFil: Lipovetzky, José. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Física. Laboratorio de Física de Dispositivos Microelectrónica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; ArgentinaFil: Redin, Eduardo Gabriel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Física. Laboratorio de Física de Dispositivos Microelectrónica; ArgentinaFil: Carbonetto, Sebastián Horacio. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Física. Laboratorio de Física de Dispositivos Microelectrónica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; ArgentinaFil: Sambuco Salomone, Lucas Ignacio. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Física. Laboratorio de Física de Dispositivos Microelectrónica; ArgentinaFil: Berbeglia, F.. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Física. Laboratorio de Física de Dispositivos Microelectrónica; Argentin