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國立交通大學 電子工程學系 電子研究所 曾俊元、張鼎張所指導 陳慶恩的 前瞻式金氧半場效電晶體之隨機電報訊號分析與熱載子劣化研究 （2015），提出1.5 tsi改晶片關鍵因素是什麼，來自於隨機電報訊號、缺陷位置、氧化鉿、多聲子放射理論、晶格鬆弛能量、雙擴散汲極金氧半場效電晶體、熱載子裂化。
而第二篇論文國立清華大學 電子工程研究所 徐永珍所指導 雷良煥的 新型低照度與高動態範圍之影像感測陣列電路設計 （2009），提出因為有 影像感測器的重點而找出了 1.5 tsi改晶片的解答。
前瞻式金氧半場效電晶體之隨機電報訊號分析與熱載子劣化研究
為了解決1.5 tsi改晶片 的問題，作者陳慶恩 這樣論述：
在CMOS技術的演進，近年來分為兩個方向，第一個方向為延續Moore定律，持續地在元件尺寸方面進行微縮(More Moore)，另一方向則是在於增加功能的多樣性，將不同功能之元件，從原本於主機板做整合，轉由在封裝或是晶片階段時做整合，稱為More than Moore。在More Moore部分，隨著CMOS元件尺寸的微縮，在通道中，單顆載子對元件特性的影響越來越明顯，隨機電報訊號(Random Telegraph Signal, RTS)則是元件中的缺陷，捕捉/放射通道中的單顆或數顆載子，並進一步影響元件電性的結果。由於當元件持續在微縮時，RTS對於電性的影響比例逐漸增加，近年來成為研究的
主流題目。另外，在More than Moore的發展部分，其包含了眾多不同功能的元件，如RF、高壓元件、CMOS image sensor等，而在高壓元件部分，因為其操作偏壓較高，在熱載子的可靠度部分則是研究重點。因此我們在第一部分主要利用汲極電流的RTS(ID-RTS)，對partially-depleted的silicon-on-insulator(PD SOI)元件中的缺陷之物理位置進行研究。首先，在閘極氧化層厚度約為1奈米的元件，因為反轉層的量子效應對於等效氧化層厚度的貢獻越顯重要，所以在萃取缺陷的垂直位置時，須先計算出最高的反轉電子濃度距離SiO2與Si的位置，之後，將此距離考慮至
等效氧化層厚度中，並利用平均捕捉時間與平均放射時間的比例(/)對閘極電壓(VG)的線性斜率，得到氧化層缺陷距離SiO2與Si介面為4 Å。在另一個氧化層厚度為10 nm之元件中，我們觀察到在介於弱反轉與強反轉區之間的中度反轉區有明顯兩階的ID-RTS，先藉由不同的汲極電壓與溫度下的汲極電流分析，確認出RTS對應的汲極電流為擴散電流主導，由於在擴散電流下，靠近源極與汲極端的通道電位分別只對源極與汲極電壓有明顯相關性，之後利用此特性以及交換通道左右兩邊電壓和Shockley-Read-Hall (SRH) model，比較載子捕捉時間以及對應的電流變化量，會觀察到載子捕捉時間以及電流變化量，當橫向
電壓施加在源極端時會較高，並且載子捕捉時間僅對源極電壓有正相關的關係，因此可得到缺陷的橫向位置為靠近源極端。另外，當VG從中度反轉區增加至強反轉區時，觀察到兩階的ID-RTS變為三階的ID-RTS，在這邊我們提出一個新的分析方式，藉由在交換通道左右兩邊電壓前後，於第二階的平均時間隨VG的變化，進一步得到對應的兩個缺陷橫向位置的座落區域，並且，缺陷的座落區域也可透過基於SRH model的計算來證實。第二部分則是在high-k/metal gate元件中的ID-RTS研究，首先利用/對VG的線性斜率，得到在兩個元件中的缺陷，分別位於HfO2中以及在HfO2和SiO2的介面。之後利用不同溫度下的I
D-RTS以及先前文獻的相關公式，得到缺陷的數種物理特性，包含缺陷的捕捉與放射的活化能(ECT與EB)、缺陷放射出載子前後之熵的變化量(S)、以及在缺陷捕捉/放射載子的過程中藉由多聲子放射理論(multiphonon emission theory)得到的晶格鬆弛能量(Erelax)。而我們觀察到這些物理特性隨VG的變化不同於以往在相同萃取方式下，使用傳統二氧化矽作為氧化層的元件所得到的結果。在S部分，其VG的相關性主要是在HfO2中，被捕獲之電子在越大的閘極電壓越不易放射至反轉通道中，進而使S與閘極電壓成反相關性。另外，在EB與Erelax部分，與傳統元件中的差異主要來自於HfO2層中
所主導的氧化層缺陷(氧空缺)，其晶格震盪模式會因HfO2中，不同的Fermi-level位置(對應不同的VG)而改變，因此，根據multiphonon emission theory，我們會觀察到Erelax與EB隨VG有不同的變化，這部分我們也利用兩個不同的high-k元件(HfO2和Hf1-xZrxO2)來驗證這些物理特性隨VG的變化機制。最後，在高壓元件p型雙擴散汲極(Double Diffused Drain, DDD) MOSFETs部分，其元件於熱載子裂化實驗後，有從源極流至汲極的漏電流(off-current)，但是元件的基本特性，如臨界電壓與次臨界擺幅並無明顯的變動，而藉由IV
特性與不同接法的charge pumping量測，得知主要的裂化區域位在汲極端的閘極與p型DDD重疊區域。在off-current的產生機制部分，由於off-current與熱載子裂化實驗中的n型井之逆偏壓有正相關性，並且透過ISE-TCAD的3D元件電場分佈模擬，得知在汲極端的淺溝渠隔離(shallow trench isolation, STI)邊緣之電場比在通道中央的強，另外，在STI內有一層薄SiN存在，所以推測off-current的產生，是因靠近STI的汲極端表面較強之電場，產生出較多或較高能量之電子，其後受到汲極端與n型井之間強電場(ED,BULK)影響，加速至底下的n型井區域，
而經由ED,BULK加速而得到能量的電子，因為其位置較接近STI(即在通道寬度方向的兩側)，具較高能量的電子就有機會被捕捉至STI的SiN層中，並且，因為ED,BULK的方向有部分指向源極端，使電子捕捉的情況會從汲極端往源極端延伸，進而在表面電流底下形成off-current的路徑。之後，我們利用ISE-TCAD的3D元件電性模擬以及不對稱元件結構，驗證off-current路徑是在距離表面最大空乏區以外之處。另外，也利用裂化前後在不同接法的charge pumping電流比較，驗證off-current路徑的形成，並且，透過不同STI製程的元件，驗證STI中的SiN層為off-current
產生的來源。
新型低照度與高動態範圍之影像感測陣列電路設計
為了解決1.5 tsi改晶片 的問題，作者雷良煥 這樣論述：
本研究藉由可商用化之SiGe BiCMOS技術提出新型影像感測器之像素及相對應讀出電路設計，不同於傳統CMOS影像感測器必須經由一段積分時間讀取像素的電壓變化，新型感測像素藉由每列的自然對數放大器，可直接將大範圍電流值作轉換成所要求之範圍電壓值輸出，其中像素架構是由SiGe BC 接面兩極體以及行選擇開關組成，利用TSMC 0.35μm SiGe BiCMOS所提供的像素樣本已經驗証符合設計所需之特性，並配合SiGe HBT所設計的列放大器，影像感測器可獲得高動態偵測範圍至少132.2dB(光電流範圍為10pA~40.7uA)，且在低照度的感測靈敏度可到0.01 lux。