Mosfet' lerde aşırı gerilim kaynaklı kapasite değişimlerinin zamana bağlı incelenmesi
Time dependent investigation of over voltage induced capacity changes at mosfets
Yazar: HATİCE GÜL SEZGİN
Danışman: YRD. DOÇ. YASİN ÖZÇELEP
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Günümüzde yaygın bir şekilde kullanılan MOSFET' lerin geçit oksit tabakaları  normal çalışma koşulları altında zaman içerisinde bozulmaya uğramaktadır. Bu durum MOSFET' lerin işlevlerini yerine getirememesine neden olmaktadır. Bu tezde, MOSFET' lere geçit ucundan normal çalışma koşullarının üzerinde bir gerilim uygulanarak MOSFET geçit oksidinin daha kısa sürede bozulması sağlanmıştır. Bu bozulmanın MOSFET' in terminal kapasiteleri üzerindeki etkileri zamana bağlı olarak incelenmiştir. Ayrıca elektriksel yormaya maruz kalan MOSFET' in karakteristik parametrelerindeki (eşik gerilimi, mobilite, çalışma direnci, vb.) değişimler de bu çalışma kapsamında ele alınmıştır.

Terminal kapasiteleri, sayısal uygulamalarda anahtarlama sürelerini ve analog uygulamalarda frekans cevabını belirlemede önemli bir rol oynamaktadır. Yorulmuş transistörler evirici ve kuvvetlendirici devrelerinde çalıştırılarak bu devrelere ait karakteristik parametreler (anahtarlama süreleri, frekans cevabı parametreleri) hesaplanmıştır. Bu karakteristik parametrelerin değişimleri üzerinden elektriksel yormanın devrelere olan etkileri incelenmiştir. Elde edilen deneysel sonuçların yanı sıra, benzetim çalışması da gerçekleştirilerek yorma etkisi modellenmiştir. Anahtarlama uygulamaları için basit ve doğru bir bozulmuş güç MOSFET modeli önerilmiştir. Kuvvetlendirici devresi açısından da üst kesim frekansının yormaya bağlı olarak değişiminin elde edilebilmesi için alternatif bir benzetim sistemi önerilmiştir. Önerilen bozulma modelleri, devre tasarımcılarına sürecin erken safhalarında devre güvenilirliğini tahmin etmede yardımcı olacaktır.

Abstract:
The oxide layers of MOSFETs, that are commonly used nowadays, degradate over time under normal operating conditions. This degradation causes that MOSFETs cannot operate their own functions. In this thesis, the degradation of oxide layers are achieved in a shorter time by applying the voltage which is higher than that of the normal operating condition. The effects of this degradation on the terminal capacitances of MOSFET's are analyzed depending on time. The changes of characteristic parameters (threshold voltage, mobility, on resistance, etc.) of stress induced MOSFETs are also dealt with in the context of this study.

Terminal capacitances play an important role on switching times of digital circuits and frequency characteristic of analog circuits. The related characteristic parameters (switching times, frequency characteristic parameters) of these circuits were determined by operating the degredated transistors in the inverter and amplifier circuits. Effects of electrical stress on the circuits were analyzed over changes of the characteristic parameters. Beside of the obtained experimental results, stress effect is also modeled by carrying out simulation studies. For switching applications, a simple and accurate degradated power MOSFET model was proposed. In respect of the amplifier circuits, an alternative simulation framework is proposed in order to obtain the changes of the high cut-off frequency depending on stress time. Proposed degradation models have ability to help designers to predict circuit reliability in the early stages of designs.