Envejecimiento de transistores

El envejecimiento de los transistores (a veces llamado envejecimiento del silicio ) es el proceso por el cual los transistores de silicio desarrollan defectos con el tiempo a medida que se utilizan, lo que degrada su rendimiento y fiabilidad, y finalmente provoca su fallo total. A pesar del nombre, mecanismos similares pueden afectar a transistores fabricados con cualquier tipo de semiconductor. Los fabricantes compensan esto (así como los defectos de fabricación) haciendo funcionar los chips a velocidades inferiores a las que son capaces inicialmente ( reducción de la frecuencia de reloj ).

Las principales causas del envejecimiento de los transistores MOSFET son la electromigración y el atrapamiento de carga .

La electromigración es el movimiento de iones provocado por el impulso generado por la transferencia de electrones en el conductor. Esto produce la degradación del material, causando fallos intermitentes muy difíciles de diagnosticar y, finalmente, su avería.

El atrapamiento de carga está relacionado con la ruptura del óxido de puerta dependiente del tiempo y se manifiesta como un aumento en la resistencia y el voltaje umbral (el voltaje necesario para que el transistor conduzca), y una disminución en la corriente de drenaje. Esto degrada el rendimiento del chip con el tiempo, hasta que finalmente los umbrales colapsan. El atrapamiento de carga ocurre de varias maneras:

• La inyección de portadores calientes (HCI, por sus siglas en inglés) es un proceso en el que los electrones adquieren suficiente energía como para filtrarse en el óxido, quedando atrapados allí y posiblemente dañándolo.
• También puede producirse ruido telegráfico aleatorio (RTN), en el que la corriente de drenaje fluctúa entre varios niveles discretos, y este fenómeno empeora con el aumento de la temperatura.
• La inestabilidad de temperatura de polarización (BTI, por sus siglas en inglés) se produce cuando se produce una fuga de carga en el óxido al aplicar voltaje a la compuerta, incluso sin que circule corriente a través del transistor. Al retirar el voltaje de la compuerta, las cargas se disipan gradualmente en un lapso de milisegundos u horas.

John Szedon y Ting L. Chu determinaron que la captura de carga era un medio viable para almacenar información digital, y se desarrolló hasta convertirse en las tecnologías de memoria flash SONOS , MirrorBit y 3D NAND ( memoria flash con captura de carga ).

• Vida útil a altas temperaturas
• Fiabilidad (semiconductor)
• Reducción de la frecuencia
• Subtensión
• Lago Raptor § Problema de inestabilidad y degradación

• Keane, John; Kim, Chris H (25 de abril de 2011). "Envejecimiento de transistores" . IEEE Spectrum . Recuperado el 25 de junio de 2024 .
• Sguigna, Alan (25 de agosto de 2013). "Envejecimiento del silicio e integridad de la señal" . ASSET InterTech . Recuperado el 25 de junio de 2024 .
• Bailey, Brian (9 de agosto de 2018). "El envejecimiento de los chips se convierte en un problema de diseño" . semiengineering.com . Recuperado el 19 de julio de 2024 .
• Mutschler, Ann Steffora (13 de julio de 2017). "El envejecimiento del transistor se intensifica a 10/7 nm y menos" . semiingeniería.com . Consultado el 19 de julio de 2024 .