[科普中国]-沟道热电子注入效应

沟道热电子注入(Channel hot electron injection,CHE)效应是小尺寸MOSFET中热电子所呈现出的一种现象，也称为沟道雪崩注入效应，即是沟道中部分高能量的热电子往栅氧化层注入的一种现象。

产生的原理因为当沟道中电场很强时，由于漏结雪崩击穿或沟道雪崩击穿倍增出的载流子，若在两次碰撞之间积累起的能量足以跨越Si-SiO2界面势垒（电子势垒=3.15eV，空穴势垒=3.8eV），则这些热载流子（同时若获得纵向的动量的话）就有可能注入到栅氧化层中去（因为电子与空穴的平均自由程不同，则电子注入的几率要比空穴高3个数量级）。一般，p-沟器件的雪崩注入现象要强于n-沟器件（因p-沟器件的漏极电位对电子注入起着促进作用，而对空穴注入起着抑制作用）。

影响这种效应将使得源-漏击穿特性发生蠕变（Walk-out），击穿时电流越大，注入到栅氧化层的电荷越多，蠕变就越快。这种效应可导致器件发生所谓热电子退化而失效；但是也可以利用这种效应来实现新型功能的器件，例如浮置栅雪崩注入MOS（FAMOS）和叠栅雪崩注入MOS（SAMOS）等存储器件，并且还制成了可擦除、可编程的只读存储器（EPROM）等。1

相关概念沟道雪崩击穿沟道雪崩击穿是小尺寸MOSFET中的一种强电场效应。在短沟道n-MOSFET中，沟道中较强的电场，可使沟道中的电子通过碰撞电离和雪崩倍增而产生出大量的电子-空穴对（在漏端夹断区更明显），倍增出的电子将被漏极吸收、并使漏极电流剧增而导致器件击穿——沟道雪崩击穿；与此同时也将产生较大的寄生衬底电流（空穴被衬底吸收所致）。

短沟道MOSFET发生击穿而失效的主要原因往往就是沟道雪崩击穿与沟道穿通两种效应。

热载流子效应热载流子就是具有高能量的载流子，即其动能高于平均热运动能量（～kT）的载流子；因此其运动速度也一定很高。当载流子从外界获得了很大能量时，即可成为热载流子。例如在强电场作用下，载流子沿着电场方向不断漂移，不断加速，即可获得很大的动能，从而可成为热载流子。对于半导体器件，当器件的特征尺寸很小时，即使在不很高的电压下，也可产生很强的电场，从而易于导致出现热载流子。因此，在小尺寸器件以及大规模集成电路中，容易出现热载流子。由于热载流子所造成的一些影响，就称为热载流子效应。2

本词条内容贡献者为:

李晓林 - 教授 - 西南大学