部分耗尽SOI晶体管电离辐射损伤的物理模型

从氧化层俘获空穴和质子诱导界面态形成的物理机制出发,建立部分耗尽SOI器件总剂量辐射诱导的氧化层陷阱电荷和界面态物理模型,模型可以很好地描述辐射诱导氧化层陷阱电荷和界面态与辐射剂量的关系,并从实验上对上述模型结果给予验证.结果表明,在实验采用的辐射剂量范围内,辐射诱导产生的氧化物陷阱电荷与辐射剂量满足负指数关系.模型中如果考虑空穴的退火效应,可以更好地反映高剂量辐照下的效应;辐射诱导产生的界面态与辐射剂量成正比例关系.     

不同偏置影响锗硅异质结双极晶体管单粒子效应的三维数值仿真研究

针对国产锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT),采用半导体器件三维计算机模拟工具,建立单粒子效应三维损伤模型,研究不同偏置状态对SiGe HBT单粒子效应的影响.分析比较不同偏置下重离子入射器件后,各端口电流瞬变峰值和电荷收集量随时间的变化关系,获得SiGe HBT单粒子效应与偏置的响应关系.结果表明:不同端口对单粒子效应响应的最劣偏置不同,同一端口电荷收集量和瞬变电流峰值的最劣偏置也有所差异.载流子输运方式变化和外加电场影响是造成这种现象的主要原因.     

串口型铁电存储器总剂量辐射损伤效应和退火特性

对一款商用串口I2C型铁电存储器进行了⁶⁰Coγ 辐射和退火实验, 研究了铁电存储器的总剂量效应和退火特性. 使用了超大规模集成电路测试系统测试了铁电存储器的DC, AC, 功能参数, 分析了辐射敏感参数在辐射和退火过程中的变化规律. 实验结果表明: 总剂量辐射在器件内产生大量氧化物陷阱电荷, 造成了铁电存储器外围控制电路MOS管阈值向负向漂移, 氧化物陷阱电荷引入附加电场使铁电薄膜受肖特基发射或空间电荷限制电流的作用, 产生辐射感生漏电流. 由于浅能级亚稳态的氧化物陷阱电荷数量上多于深能级氧化物陷阱电荷, 使得器件功能和辐射敏感参数在常温退火过程中快速恢复. 关键词： 铁电存储器 总剂量辐射 退火特性     

电离辐射环境下金属-铁电-绝缘体-基底结构铁电场效应晶体管电学性能的模拟

本文利用改进的米勒模型模拟了金属-铁电-绝缘体-基底结构铁电场效应晶体管在电离辐射环境下的铁电薄膜极化、界面电荷密度和电荷迁移率,最终得出在不同辐射总剂量和辐射剂量率下,铁电场效应晶体管的电容和漏源电流曲线. 计算结果表明,总剂量为10 Mrad时,对铁电场效应晶体管的漏源电流和电容影响甚微;总剂量为100 Mrad (1 rad = 10² Gy)时,对其有很明显的影响. 当辐射的剂量率发生变化时,铁电场效应晶体管的电流和电容也会发生改变. 模拟结果表明,铁电场效应晶体管有较强的抗辐射能力. 关键词： 总剂量 剂量率 电容 漏源电流     

65 nm互补金属氧化物半导体场效应和晶体管总剂量效应及损伤机制

对65 nm互补金属氧化物半导体工艺下不同尺寸的N型和P型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET和PMOSFET)开展了不同偏置条件下电离总剂量辐照实验.结果表明:PMOSFET的电离辐射响应与器件结构和偏置条件均有很强的依赖性,而NMOSFET表现出较强的抗总剂量性能;在累积相同总剂量时,PMOSFET的辐照损伤远大于NMOSFET.结合理论分析和数值模拟给出了PMOSFET的辐射敏感位置及辐射损伤的物理机制.     

卫星光通信系统中CCD器件的空间辐射特性研究

 为了提高卫星光通信系统中电荷耦合器件（CCD）空间抗辐射性能,分析了空间辐射环境对CCD器件造成的电离辐射效应和位移辐射效应。通过理论分析和数值模拟计算研究了不同辐射源、不同沟道类型以及不同偏置状态对CCD电荷转移效率（CTE）的影响,结果表明,空间辐射主要在暗电流密度和电荷转移效率两方面影响CCD器件的工作性能。卫星光通信系统中的CCD器件应该选择P沟道CCD,并且在系统不工作时尽量使其处于非偏置状态。     

MOS结构电离辐射效应模型研究

基于氧化层空穴俘获和质子诱导界面陷阱电荷形成物理机制的分析,分别建立了MOS结构电离辐射诱导氧化层陷阱电荷密度、界面陷阱电荷密度与辐射剂量相关性的物理模型.由模型可以得到,在低剂量辐照条件下辐射诱导产生的两种陷阱电荷密度与辐射剂量成线性关系,在中到高辐射剂量下诱导陷阱电荷密度趋于饱和,模型可以很好地描述这两种陷阱电荷与辐射剂量之间的关系.最后讨论了低剂量辐照下,两种辐射诱导陷阱电荷密度之间的关系,认为低辐射剂量下两者存在线性关系,并用实验验证了理论模型的正确性.该模型为辐射环境下MOS器件辐射损伤提供了更 关键词： MOS结构 辐射 界面陷阱 氧化层陷阱     

MOS器件辐照过程和辐照后效应模拟

模拟MOS器件脉冲电离辐射响应和长时间恢复效应.假设隧道电子从硅进入氧化层和界面态的建立是辐射效应的恢复机理.在整个退火恢复期,采用卷积模型并考虑了栅偏置压的效应.模拟结果表明:退火过程所加栅偏压的大小以及隧道电子效应与建立的界面态所占比例的不同影响器件的恢复率.     

超深亚微米器件总剂量辐射效应三维数值模拟

本文分析了浅槽隔离(STI)结构辐射诱导电荷的分布情况,给出一种模拟超深亚微米器件总剂量辐射效应的新方法.研究结果表明,如果在栅附近沿着STI侧墙不加辐照缺陷,仿真出的0.18 μm超深亚微米晶体管亚阈区I-V特性没有反常的隆起,并且能够很好地反映试验结果.在研究总剂量辐照特性改善方面,在剂量不是很大的情况下,采用超陡倒掺杂相对于均匀掺杂能有效地减小辐照所引起的泄漏电流.如果采用峰值(Halo)掺杂,不仅有利于提高超深亚微米器件的抗辐照能力,而且在大剂量的情况下,可以得到明显的效果. 关键词： 总剂量 超陡倒掺杂 Halo掺杂 辐射效应     

深亚微米器件沟道长度对总剂量辐照效应的影响

研究了180 nm 互补金属氧化物半导体技术下的器件沟道长度对总剂量辐照效应的影响. 在其他条件如辐照偏置、器件结构等不变的情况下, 氧化层中的陷阱电荷决定了辐照响应. 浅沟槽隔离氧化层中的陷阱电荷使得寄生的侧壁沟道反型, 从而形成大的关态泄漏电流. 这个电流与沟道长度存在一定的关系, 沟道长度越短, 泄漏电流越大. 首次发现辐照会增强这个电流的沟道长度调制效应, 从而使得器件进一步退化.     

氮氟复合注入对注氧隔离SOI材料埋氧层内固定正电荷密度的影响

为了抑制埋层注氮导致的埋层内正电荷密度的上升, 本文采用氮氟复合注入方式, 向先行注氮的埋层进行了注氮之后的氟离子注入, 并经适当的退火, 对埋层进行改性. 利用高频电容-电压 (C-V) 表征技术, 对复合注入后的埋层进行了正电荷密度的表征. 结果表明, 在大多数情况下, 氮氟复合注入能够有效地降低注氮埋层内的正电荷密度, 且其降低的程度与注氮后的退火时间密切相关. 分析认为, 注氟导致注氮埋层内的正电荷密度降低的原因是在埋层中引入了与氟相关的电子陷阱. 另外, 实验还观察到, 在个别情况下, 氮氟复合注入引起了埋层内正电荷密度的进一步上升. 结合测量结果, 讨论分析了该现象产生的原因. 关键词： 绝缘体上硅(SOI) 材料 注氮 注氟 埋氧层正电荷密度     

超深亚微米互补金属氧化物半导体器件的剂量率效应

对0.18 μm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺的N型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)及静态随机存储器(SRAM)开展了不同剂量率下的电离总剂量辐照试验研究. 结果表明: 在相同累积剂量, SRAM的低剂量率辐照损伤要略大于高剂量率辐照的损伤, 并且低剂量率辐照损伤要远大于高剂量率辐照加与低剂量率辐照时间相同的室温退火后的损伤. 虽然NMOSFET 低剂量率辐照损伤略小于高剂量率辐照损伤, 但室温退火后, 高剂量率辐照损伤同样要远小于低剂量率辐照损伤. 研究结果表明0.18 μm CMOS工艺器件的辐射损伤不是时间相关效应. 利用数值模拟的方法提出了解释CMOS器件剂量率效应的理论模型.     

Bias dependence of a deep submicron NMOSFET response to total dose irradiation

Deep submicron n-channel metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (NMOSFETs) with shallow trench isolation (STI) are exposed to ionizing dose radiation under different bias conditions.The total ionizing dose radiation induced subthreshold leakage current increase and the hump effect under four different irradiation bias conditions including the worst case (ON bias) for the transistors are discussed.The high electric fields at the corners are partly responsible for the subthreshold hump effect.Charge trapped in the isolation oxide,particularly at the Si/SiO 2 interface along the sidewalls of the trench oxide creates a leakage path,which becomes a dominant contributor to the offstate drain-to-source leakage current in the NMOSFET.Non-uniform charge distribution is introduced into a threedimensional (3D) simulation.Good agreement between experimental and simulation results is demonstrated.We find that the electric field distribution along with the STI sidewall is important for the radiation effect under different bias conditions.     

绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管中辐射导致的寄生效应研究

基于⁶⁰Co γ射线源研究了总剂量辐射对绝缘体上硅（silicon on insulator,SOI）金属氧化物半导体场效应晶体管器件的影响.通过对比不同尺寸器件的辐射响应,分析了导致辐照后器件性能退化的不同机制.实验表明：器件的性能退化来源于辐射增强的寄生效应;浅沟槽隔离（shallow trench isolation,STI）寄生晶体管的开启导致了关态漏电流随总剂量呈指数增加,直到达到饱和;STI氧化层的陷阱电荷共享导致了窄沟道器件的阈值电压漂移,而短沟道器件的阈值电压漂移则来自于背栅阈值耦合;在同一工艺下,尺寸较小的器件对总剂量效应更敏感.探讨了背栅和体区加负偏压对总剂量效应的影响,SOI器件背栅或体区的负偏压可以在一定程度上抑制辐射增强的寄生效应,从而改善辐照后器件的电学特性.     

MOSFET 辐照诱生界面陷阱形成过程的1/f噪声研究

基于界面陷阱形成的氢离子运动两步模型和反应过程的热力学平衡假设，推导了金属-氧化物-半导体-场效应晶体管(MOSFET)经历电离辐照后氧化层空穴俘获与界面陷阱形成间关系的表达式.利用初始1/f噪声功率谱幅值与氧化层空穴俘获之间的联系，建立了辐照前的1/f噪声幅值与辐照诱生界面陷阱数量之间的半经验公式，并通过实验予以验证.研究结果表明，由于辐照诱生的氧化层内陷阱通过与分子氢作用而直接参与到界面陷阱的建立过程中，从而使界面陷阱生成数量正比于这种陷阱增加的数量，因此辐照前的1/f噪声功率谱幅值正比于辐照诱生的界面陷阱数量.研究结果为1/f噪声用作MOSFET辐照损伤机理研究的新工具，对其抗辐照性能进行无损评估提供了理论依据与数学模型. 关键词： 辐照效应 界面陷阱 1/f噪声 氧化层空穴俘获     

Total ionizing dose induced single transistor latchup in 130-nm PDSOI input/output NMOSFETs

Total ionizing dose induced single transistor latchup effects for 130 nm partially depleted silicon-on-insulator(PDSOI)NMOSFETs with the bodies floating were studied in this work. The latchup phenomenon strongly correlates with the bias configuration during irradiation. It is found that the high body doping concentration can make the devices less sensitive to the single transistor latchup effect, and the onset drain voltage at which latchup occurs can degrade as the total dose level rises. The mechanism of band-to-band tunneling(BBT) has been discussed. Two-dimensional simulations were conducted to evaluate the BBT effect. It is demonstrated that BBT combined with the positive trapped charge in the buried oxide(BOX) contributes a lot to the latchup effect.     

Influence of nitrogen implantation into the buried oxide on the radiation hardness of silicon-on-insulator wafers

In order to improve the total-dose radiation hardness of the buried oxide of separation by implanted oxygen silicon-on-insulator wafers, nitrogen ions were implanted into the buried oxide with a dose of 1016 cm-2 , and subsequent annealing was performed at 1100°C. The effect of annealing time on the radiation hardness of the nitrogen implanted wafers has been studied by the high frequency capacitance-voltage technique. The results suggest that the improvement of the radiation hardness of the wafers can be achieved through a shorter time annealing after nitrogen implantation. The nitrogen-implanted sample with the shortest annealing time 0.5 h shows the highest tolerance to total-dose radiation. In particular, for the 1.0 and 1.5 h annealing samples, both total dose responses were unusual. After 300-krad(Si) irradiation, both the shifts of capacitance-voltage curve reached a maximum, respectively, and then decreased with increasing total dose. In addition, the wafers were analysed by the Fourier transform infrared spectroscopy technique, and some useful results have been obtained.     

金属-氧化物-半导体场效应管辐射效应模型研究

基于氧化层陷阱电荷以及界面陷阱电荷的产生动力学以及辐射应力损伤的微观机理,推导出了金属-氧化物-半导体场效应管(MOSFET)中辐射应力引起的氧化层陷阱电荷、界面陷阱电荷导致的阈值电压漂移量与辐射剂量之间定量关系的模型. 根据模型可以得到:低剂量情况下,氧化层陷阱电荷与界面陷阱电荷导致的阈值电压漂移量与辐射剂量成正比;高剂量情况下,氧化层陷阱电荷导致的阈值电压漂移量发生饱和, 其峰值与辐射剂量无关,界面陷阱电荷导致的阈值电压漂移量与辐射剂量呈指数关系. 另外,模型还表明氧化层陷阱电荷与界面陷阱电荷在不同的辐射剂量点开始产生饱和现象, 其中界面陷阱电荷先于氧化层陷阱电荷产生饱和现象.最后,用实验验证了该模型的正确性. 该模型可以较为准确地预测辐射应力作用下MOSFET的退化情况.