Güç MOSFET'lerinin güvenilirlik analizi
Reliability analysis of power MOSFETs
Yazar: YASİN ÖZCELEP
Danışman: PROF. DR. AYTEN KUNTMAN
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Güvenilirlik analizi = Reliability analysis

Özet:
Bu tezde, güç MOSFET' lerinin üzerinde çok fazla çalışma yapılmamış olan güvenilirlik analizi yapılmıştır. Bu analizle güç MOSFET' lerinin yorma sonucu parametrelerindeki değişimler incelenerek hem bozulma mekanizması açıklanmaya çalışılmış, hem de MOS yapılarda yorma sonucu oluşan tuzaklar ve tuzaklanan yükler hakkında yapılmakta olan çalışmalara katkı sağlanması amaçlanmıştır.Bu amaçla, iki farklı güç MOSFET' i tipinin geçidine, tranzistörlerin maksimum çalışma geriliminin üzerinde ve geçit oksitini tamamen kırmayacak bir yorma gerilimi uygulanarak tranzistör parametrelerindeki değişimler incelenmiştir.Yorma öncesi ve yorma sonrası tranzistörlerin çıkış akımları ölçülerek, yorma kaynaklı değişimler zaman bağlı olarak belirlenmiştir. Bu değişimlerden yararlanılarak güç MOSFET' lerinin çıkış akımı, eşik gerilimi, mobilite, çalışma direnci, kanal direnci, kapasite, ara yüzey ve oksit tuzakları, kanaldaki yük yoğunluğu, kanal boyu değişimleri incelenmiştir.Her iki tranzistör tipi için yapılan incelemelerde tranzistör parametrelerinin yorma etkisiyle aynı şekilde değişmediği görülmüştür. Yorma sonucu tranzistör parametrelerinde oluşan değişimlerin ana nedeni olarak gösterilen Si-SiO2 ara yüzeyindeki ve geçit oksitindeki tuzaklar ve bu tuzaklara giren yükler her iki güç MOSFET' i tipi için gösterilmiştir.Tranzistör parametrelerinde yorma kaynaklı oluşan değişimlerin ana nedeni olan ara yüzey ve oksit tuzaklarının değişimini kullanarak tranzistör parametrelerindeki yorma kaynaklı değişimler belirlenmeye çalışılmıştır. Bu amaçla tranzistör parametelerindeki değişimlerin tuzaklar cinsinden ifadeleri çıkarılmıştır. Sadece tuzak değişimleri kullanılıp tranzistör parametrelerindeki değişimler elde edilmiştir.

Abstract:
In this thesis, a work on reliability analysis of power MOSFETs, which, so far, has not been studied extensively, has been done. In the work, stress induced changes in the parameters of power MOSFETs have been examined and an explanation to the mechanism of degradation has been attempted. This work also aims to contribute to the literature about the stress induced traps and trapped charges in MOS structures.For this purpose, a stress voltage was applied to the gates of two different types power MOSFETs. The stress voltage was chosen such that it is above the maximum operating voltage, short of breaking the gate oxide. From these experiments, changes to the transistor parameters were determined.Stress induced changes were determined depending on time by measuring the output current of the transistors before and after the stress. Output current, threshold voltage, mobility, on-state resistance, channel resistance, capacitance, interface and oxide traps, the density of load in the channel, the channel length were investigated by using the measurement results.The two types of transistors were not effected in the same way from the stress voltage. Traps and trapped charges in Si-SiO2 interface and gate oxide which are the main reason of the transistor? s parameter changes were shown for both types of power MOSFETs.Using the changes to the interface and oxide traps, stress induced changes to the transistor parameters were sought to be determined. In order to do this, the changes in the transistor parameters based on trap changes were formulated. Using only these trap changes, the changes in transistor parameters were determined.