トランジスタの経年劣化

トランジスタの老化（シリコン老化とも呼ばれる）とは、シリコン トランジスタが使用していくうちに欠陥が生じ、性能と信頼性が低下し、最終的には完全に故障するプロセスです。名前に反して、同様のメカニズムはあらゆる種類の半導体で作られたトランジスタに影響を及ぼす可能性があります。メーカーは、チップを当初の能力よりも低い速度で動作させること（アンダークロック）によって、これ（および製造上の欠陥）を補います。

MOSFETにおけるトランジスタの老化の主な原因は、エレクトロマイグレーションと電荷トラッピングです。

エレクトロマイグレーションとは、導体内の電子の移動による運動量によって引き起こされるイオンの移動です。これにより材料が劣化し、診断が非常に難しい断続的な不具合が発生し、最終的には故障につながります。

電荷トラッピングは、時間依存のゲート酸化膜破壊に関係しており、抵抗としきい値電圧（トランジスタが導通するために必要な電圧）の増加、およびドレイン電流の減少として現れます。これにより、時間の経過とともにチップのパフォーマンスが低下し、最終的にはしきい値が崩壊します。電荷トラッピングは、いくつかの方法で発生します。

• ホットキャリア注入(HCI) とは、電子が十分なエネルギーを得て酸化物に漏れ出し、そこに閉じ込められて酸化物を損傷する可能性がある状態です。
• ランダム テレグラフ ノイズ(RTN) も発生する可能性があり、ドレイン電流がいくつかの離散レベル間で変動し、温度の上昇とともに悪化します。
• バイアス温度不安定性(BTI) とは、トランジスタに電流が流れていなくても、ゲートに電圧が印加されると、電荷が酸化物に漏れ出すことです。ゲートから電圧が除去されると、電荷は数ミリ秒または数時間の間に徐々に消散します。

電荷トラッピングは、John SzedonとTing L. Chuによってデジタル情報を保存する実行可能な手段であることが判明し、SONOS、MirrorBit、3D NANDフラッシュメモリ技術（電荷トラッピングフラッシュ）に発展しました。

• 高温動作寿命
• 信頼性（半導体）
• アンダークロック
• ラプター湖 § 不安定性と劣化の問題

• Keane, John; Kim, Chris H (2011 年 4 月 25 日)。「トランジスタの老化」。IEEE Spectrum。2024年6 月 25 日に閲覧。
• Sguigna, Alan (2013 年 8 月 25 日)。「シリコンの老化とシグナル インテグリティ」。ASSET InterTech。2024年6 月 25 日閲覧。
• ベイリー、ブライアン (2018 年 8 月 9 日)。「チップの老朽化が設計上の問題に」。semiengineering.com。2024年7 月 19 日閲覧。
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