AW: Prime 95 gefährlich für übertaktete Prozessoren? Leserbrief der Woche
Höhere Spannungen und höhere Temperaturen beschleunigen diesen Effekt, das aber nur dann, wenn die Transistoren auch schalten müssen, denn ein Transistor der nichts tut kann auch nicht verschleißen (die extreme Holzkeule an Spannung die ihn einfach durchschießt mal ausgeschlossen^^).
Das ist leider so nicht ganz richtig. Es gibt abseits der strominduizierten Defekte die spannungsinduzierten Defekte. Diese entstehen durch die am Feldeffekttransistor angelegte Spannung, unnabhängig davon ob dieser Schaltet oder nicht. Es ist sogar so, das diese teilweise am stärksten auftreten wenn der Transistor im Gleichspannungsbetrieb ist, also statisch betrieben wird. Z.B.:
TDDB (time-dependent dielektric breakdown) -->
Time-dependent gate oxide breakdown - Wikipedia, the free encyclopedia tritt dadurch auf, dass das Gateoxid durch den bei angelegter Gatespannung fließenden Tunnelstrom (direktes Tunneln, Fowler - Nordheim Tunneln, Trap assisted Tunneling) in der Art geschädigt wird, das in diesem Schadstellen entstehen (Traps --> entstandene Schadstellen begünstigen das Tunneln --> Trap assisted Tunneling), und wenn die Schadstellen einen leitfähigen Pfad durch das Oxid bilden, kommt es zum Durchschlag (Hardbreakdown) --> theory of Percolation. Also der Lekstrom des Transistors steigt mit der Zeit bei koinstanter Spannung immer mehr an, bis das isolierende Oxid versagt und der Transistor (und damit der gannze Chip) kaputt sind. Die Zeit die dafür benötigt wird, hängt sehr stark von der über dem Gateoxid anliegenden Spannung ab (für Oxidschichten unter 4nm wird das Voltage Power Law angewendet, bei dem die Spannung mit etwa der 40. Potenz eingeht). Die Temperatur beeinflusst den Exponennten, also je kälter es wird, desto mehr sinkt dieser ab. Aber der Exponent wird ebenfalls durch die Spannung beeinflusst und steigt mit dieser wieder an. Die über dem Oxid anliegende Spannung wird aber auch von der Größe der Verarmungszone (Depleation zone) im Transistor beeinflusst sowie von der Halbleiterarbeitsfunktion. Diese liegen in Reihe zu der Gatespannung. Die Spannung über der Verarmungszone steigt mit höherer Spannung an, da sich auch die Verarmungszone ausbreitet. In wie weit die Halbleiterarbeitsfunktion beeinflusst wird weiß ich leider nicht.
BTI (bias - temperature instabilety) gibt es einmal für PMOS - Transistoren (NBTI - negative bias temperature instabilety) und seit der Einführung von High K- Materialien auch bei NMOS Transistoren (PBTI - Positive Bias temperature Instabilety). Durch das elektrische Feld im MOS-Transistor können unter anderem Si-H - Bindungen aufgebrochen werden und oder Ladungsträger in das Oxid tunneln (dabei aber nicht zwangsweise eine Schadstelle erzeugen), wodurch eine Ladung im Transistor erzeugt wird und dadurch die Schwellspannung des Transistors derart verändert wird, das dieser langsamer schaltet. Dieser Effekt ist teilweise umkehrbar und wird bei niedrigen Temperaturen scwächer (und die Erhohlung geht etwas schneller).
Si - Surface inversion --> oder auch Mobile Ions, dies sind Verunreinigungen im Silizium in Form von einzellnen Ionen die durch elektrische Felder wandern können und dadurch die elektrische Characteristik der Transistoren verändern können. Die Geschwindigkeit mit der die Ionen wandern steigt mit höherer Spannung und sinkt mit niedrigerer Temperatur.
HCI - Hot carrier injection --> das Eindringen von Ladungsträgern in das Oxid des Transistors (welches nicht immer unbedingt das Gateoxid sein muss, es können auch die setlichen begrenzenden Oxidschichten sein), welche die elektrische Charackteristik des Transistors beeinflussen. Wieder wird der Effekt mit steigender Spannung begünstigt. Bei der Temperaturabhängigkeit wirds hier etwas schwerer, da es dort scheinbar widersprüchliche Angaben gibt. Oftmals wird davon ausgegangen, dass sich HCI mit sinkender Temperatur verschlimmert, doch das ist an weitere Parameter gekoppelt. Bei niedrigen Spannungen steigt HCI mit höheren Temperaturen an, wobei die Höhe der Spannung ab der dies geschieht von der Größe des Fertigungsprozesses abhängt und mit kleineren Prozessen ansteigt.
Abseits davon gibt es neben der Elektromigration (EM) auch noch die Streßmigration (SM) die ähnlich abläuft, aber nur durch die Temperatur beeinflusst wird und auch im ausgeschaltetem Zustand abläuft. Der Effekt ist aber eher für Hochtemperaturanwendungen interessant, da die anderen Effekte im Einsatzbereich von PC - Hardware wahrscheinlich deutlich überwiegen.
Siehe auch z.B.:
http://www.sematech.org/docubase/document/3955axfr.pdf oder
http://www.semicon.panasonic.co.jp/cn/aboutus/pdf/t04007be-3.pdf , wobei hier auch andere Modelle (E - Modell / 1/E - Modell, ..) zur Berechnung herangezogen werden.
Leider sind die Ergebnisse die Google zu dem Thema liefert oftmals recht unzusammenhängend, da die zugänglichen Veröffentlichungen teils doch schon etwas älter sind oder sich mit speziellen Dingen (High - K - Gateoxide usw.) beschäftigen. Auserdem beziehen sich die meisten Texte auch auf Bulktransistoren und nicht auf FinFets usw.
