STI场区加固NMOS器件总剂量效应

基于0.18 μm CMOS工艺开发了浅槽隔离(STI)场区抗总剂量辐射加固技术,采用离子注入技术使STI/衬底界面处的P型硅反型阈值提高,从而增强NMOS器件的抗辐射能力。实验表明,加固NMOS器件在500 krad(Si)剂量点时,阈值电压无明显漂移,漏电流保持在10-12量级,其抗辐射性能明显优于非加固NMOS器件。通过STI场区加固工艺的研究,可有效提高电路的抗总剂量辐射能力,同时避免设计加固造成芯片面积增大的问题。     

总剂量辐射对0.5μm部分耗尽SOI CMOS器件的影响

介绍了基于SIMOX SOI晶圆的0.5μm PD SOI CMOS器件的抗总剂量辐射性能。通过CMOS晶体管的阈值电压漂移,泄漏电流和32位DSP电路静态电流随总剂量辐射从0增加到500 krad(Si)的变化来表现该工艺技术的抗电离总剂量辐射能力。对于H型(无场区边缘)NMOS晶体管,前栅阈值电压漂移小于0.1 V;对于H型PMOS晶体管,前栅阈值电压漂移小于0.15 V;未发现由辐射引起的显著漏电。32位DSP电路在500 krad(Si)范围内,静态电流小于1 m A。通过实验数据表明,在较高剂量辐射条件下,利用该工艺制造的ASIC电路拥有良好的抗总剂量辐射性能。     

国产pnp双极晶体管在宽总剂量范围辐照下的ELDRS

研究了不同偏置条件下国产商用pnp型双极晶体管在宽总剂量范围内的辐射损伤特性和变化规律.实验结果表明,在100 rad(Si)/s和0.01 rad(Si)/s剂量率辐照下,总累计剂量达到200 krad (Si)时,这一宽总剂量范围内辐射损伤趋势均随着总剂量值不断累积而增大,且并未出现饱和.相同剂量率辐照下,发射结施加反偏状态时国产商用pnp双极晶体管的过剩基极电流变化最大,正偏下最小,零偏介于二者之间.两款晶体管均表现出明显的低剂量率损伤增强效应(ELDRS),且在反偏下ELDRS更显著.并对出现这一实验结果的损伤机理进行了探讨.     

总剂量效应对CMOS读出电路影响及设计加固方法研究

总剂量效应会对CMOS读出电路的性能产生明显的影响,甚至使CMOS读出电路功能完全失效。本文主要分析了总剂量效应对NMOS器件阈值、漏电流和器件间漏电流的影响机理。随后,针对640×512 CMOS读出电路提出了可行的抗辐照版图设计方法。总剂量试验表明,采用环栅结构、环源结构的640×512读出电路芯片抗总剂量能力可以达到100 krad(Si)以上。     

Nb∶SrTiO3阻变单元及1T1R复合结构的电离辐射总剂量效应研究

开展了Nb∶SrTiO_(3)阻变单元及1T1R复合结构的X射线总剂量效应实验研究。结果表明,Nb∶SrTiO_(3)阻变单元在累积剂量达到10 Mrad(Si)时依然能够保持良好的阻变特性,高、低阻态未发生逻辑混乱。1T1R复合结构中的NMOS选通晶体管对电离辐射较为敏感,在栅氧化层中辐射感生氧化物陷阱电荷的作用下,NMOS器件阈值电压逐渐向负方向漂移,泄漏电流逐渐增加,进一步导致关态条件下(V_(G)=0 V)对阻变存储单元的错误读写。通过选用抗辐射加固NMOS选通晶体管,可显著提升1T1R复合结构的抗总剂量能力。     

超深亚微米SOI总剂量效应泄漏电流模型

总剂量辐射效应会导致绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管(SOI MOSFET)器件的阈值电压漂移、泄漏电流增大等退化特性。浅沟槽隔离(STI)漏电是器件退化的主要因素,会形成漏极到源极的寄生晶体管。针对130 nm部分耗尽(PD) SOI NMOSFET器件的总剂量辐射退化特性,建立了一个包含总剂量辐射效应的通用模拟电路仿真器(SPICE)模型。在BSIM SOI标准工艺集约模型的基础上,增加了STI寄生晶体管泄漏电流模型,并考虑了辐射陷阱电荷引起寄生晶体管的等效栅宽和栅氧厚度的变化。通过与不同漏压下、不同宽长比的器件退化特性的实验结果对比,该模型能够准确反映器件辐射前后的漏电流特性变化,为器件的抗辐射设计提供参考依据。     

漏及衬底偏压对深亚微米工艺器件总剂量效应的影响

本文对采用0.18?m工艺制造的NMOS器件辐射总剂量效应进行了研究。对晶体管进行了不同剂量的₆₀Co辐射实验,同时测试了辐照前后晶体管电学参数随漏、衬底偏压的变化的规律。采用STI寄生晶体管模型来解释晶体管的关态漏电流及阈值电压漂移性质。3D器件仿真验证了模型的准确性。     

SOI NMOS侧壁晶体管总剂量辐射效应电流模型

针对绝缘体上硅(SOI)NMOS侧壁晶体管的电流特性研究,利用Verilog-A语言建立了一个含有漏致势垒降低(DIBL)效应的侧壁晶体管电流模型。进一步基于SOI NMOS总剂量辐射效应机理将总剂量辐射效应引入该模型。新建立的侧壁晶体管电流模型既保留了侧壁晶体管本身的电流特性,又可以反映总剂量辐射导致的电流变化。将新的侧壁晶体管总剂量模型嵌入商用SOI模型仿真验证的结果表明,该SOI侧壁晶体管总剂量模型在不同漏端偏置电压下的仿真与测试结果高度吻合,可以给电路设计者提供可靠的仿真结果,缩短抗辐射电路开发周期。     

抗辐射0.18μm NMOS器件热载流子效应研究

基于0.18μm CMOS工艺开发了抗总剂量辐射加固技术,制备的1.8 V NMOS器件常态性能良好,器件在500 krad(Si)剂量点时,阈值电压与关态漏电流无明显变化。研究器件的热载流子效应,采用体电流Isub/漏电流Id模型评估器件的HCI寿命,寿命达到5.75年,满足在1.1 Vdd电压下工作寿命大于0.2年的规范要求。探索总剂量辐射效应与热载流子效应的耦合作用,对比辐照与非辐照器件的热载流子损伤,器件经辐照并退火后,受到的热载流子影响变弱。评估加固工艺对器件HCI可靠性的影响,结果表明场区总剂量加固工艺并不会造成热载流子损伤加剧的问题。     

一种抗辐射加固功率器件──VDMNOSFET

采用 Si3N4- Si O2 双层栅介质及自对准重掺杂浅结 P+区研制出了一种抗辐射加固功率器件—— VDMNOS-FET (垂直双扩散金属 -氮化物 -氧化物 -半导体场效应晶体管 ) .给出了该器件的电离辐射效应及瞬态大剂量辐射的实验数据 ,与常规 VDMOSFET相比获得了良好的抗辐射性能 .对研制的 2 0 0 V VDMNOSFET,在栅偏压 +10 V,γ 总剂量为 1Mrad (Si)时 ,其阈值电压仅漂移了 - 0 .5 V,跨导下降了 10 % .在 γ瞬态剂量率达 1× 10 1 2 rad(Si) /s时 ,器件未发生烧毁失效 .实验结果证明 Si3N4- Si O2 双层栅介质及自对准重掺杂浅结 P+区显著地改善了功率 MOS器件的     

栅氧化方式对NMOS器件总剂量电离效应的影响

基于抗辐射0.6μm CMOS工艺,对5 V/20 V&LV/HV NMOS器件进行了总剂量加固结构设计,并采用叠栅氧工艺成功制备了抗总剂量能力≥500 krad(Si)高低压兼容的NMOS器件。重点研究了不同的栅氧化工艺对NMOS器件总剂量辐射电离效应的影响作用。研究发现,在抗总剂量电离能力方面,湿法氧化工艺优于干法氧化工艺:即当栅氧厚度小于12.5 nm时,LVNMOS器件因总剂量电离效应引起的阈值电压漂移ΔV_(tn)受栅氧化方式的影响甚小;当栅氧厚度为26 nm时,HVNMOS器件因总剂量电离效应引起的阈值电压漂移ΔVtn受栅氧化方式及工艺温度的影响显著。在500 krad(Si)条件下,采用850℃湿氧+900℃干氧化方式的HVNMOS器件阈值电压漂移ΔV_(tn)比采用800℃湿氧氧化方式的高2倍左右。     

应变Si NMOS器件总剂量辐射对单粒子效应的影响

针对应变Si NMOS器件总剂量辐射对单粒子效应的影响机制,采用计算机TCAD仿真进行研究。通过对比实验结果,构建50 nm应变Si NMOS器件的TCAD仿真模型,并使用该模型研究处于截至态(V_ds=1 V)的NMOS器件在总剂量条件下的单粒子效应。实验结果表明,总剂量辐照引入的氧化层陷阱正电荷使得体区电势升高,加剧了NMOS器件的单粒子效应。在2 kGy总剂量辐照下,漏极瞬态电流增加4.88%,而漏极收集电荷增量高达29.15%,表明总剂量辐射对单粒子效应的影响主要体现在漏极收集电荷的大幅增加方面。     

银河飞腾DSP芯片总剂量辐照试验研究

利用60Co产生γ射线辐射场对国产银河飞腾DSP的总剂量效应进行了初步试验.建立了一个辐射环境下银河飞腾DSP芯片功能检测的计算机测量平台,对不同剂量率(2～10 rad(Si)/s)、不同积累剂量情况下,银河飞腾DSP的存储器、数据总线等进行了测试.试验结果表明,银河飞腾DSP在总剂量115.2 k rad(Si)情况下存储器读取和CPU内核运行功能正常.     

SOI器件X射线与60Co γ射线总剂量效应比较

为进行10 keV X射线和60Co γ射线总剂量辐射效应的比较,采用这两种辐射源对SOI (Silicon-on-Insulator) n-MOSFET在不同偏置条件下进行总剂量辐照试验,分析了SOI NMOS器件在两种辐射源下辐照前后的阈值电压的漂移值并进行比较.实验结果表明,SOI NMOS器件的前栅特性中X射线与60Co γ射线辐照感生阈值电压漂移值的比值α随总剂量增加而增大,而背栅特性中α值在不同偏置条件下变化趋势是不同的;在总剂量为1×106 rad(Si)时,前栅器件α值为0.6～0.75,背栅器件α值为0.76～1.0.     

一种抗辐射加固功率器件--VDMNOSFET

采用Si3N4-SiO2双层栅介质及自对准重掺杂浅结P+区研制出了一种抗辐射加固功率器件--VDMNOSFET(垂直双扩散金属-氮化物-氧化物-半导体场效应晶体管).给出了该器件的电离辐射效应及瞬态大剂量辐射的实验数据,与常规VDMOSFET相比获得了良好的抗辐射性能.对研制的200V VDMNOSFET,在栅偏压+10V,γ总剂量为1Mrad(Si)时,其阈值电压仅漂移了-0.5V,跨导下降了10%.在γ瞬态剂量率达1×1012rad(Si)/s时,器件未发生烧毁失效.实验结果证明Si3N4-SiO2双层栅介质及自对准重掺杂浅结P+区显著地改善了功率MOS器件的抗电离辐射及抗辐射烧毁能力.     

一种基于动态阈值NMOS的1.2 V CMOS模拟乘法器

分析了以动态阈值NMOS晶体管作为输入信号的输入晶体管,利用4个动态阈值NMOS和2个有源电阻设计和实现的一种1.2 V低功耗CMOS模拟乘法器电路。该电路具有节省输入晶体管数目、偏置晶体管和偏置电路,以及性能指标优良的特点。其主要参数指标达到:一、三次谐波差值40 dB,输出信号频带宽度375 MHz,平均电源电流约30 μA,动态功耗约36 μW。可直接应用于低功耗通信集成电路设计。     

总剂量辐照加固的PDSOI CMOS 64k静态随机存储器

在国内首次使得1.2μm部分耗尽SOI 64k静态随机存储器的抗总剂量能力达到了1×106 rad(Si),其使用了SIMOX晶圆. 在-55～125℃范围内,该存储器的数据读取时间几乎不变.在经过剂量为1×106 rad(Si)的总剂量辐照后,该存储器的数据读取时间也几乎不变,静态功耗仅从辐照前的0.65μA变化为辐照后的0.8mA,远远低于规定的10mA指标;动态功耗仅从辐照前的33mA变化为辐照后的38.1mA,远远低于规定的100mA指标.     

总剂量辐照加固的PDSOI CMOS 64k静态随机存储器

在国内首次使得1.2μm部分耗尽SOI 64k静态随机存储器的抗总剂量能力达到了1×106 rad(Si),其使用了SIMOX晶圆. 在-55～125℃范围内,该存储器的数据读取时间几乎不变.在经过剂量为1×106 rad(Si)的总剂量辐照后,该存储器的数据读取时间也几乎不变,静态功耗仅从辐照前的0.65μA变化为辐照后的0.8mA,远远低于规定的10mA指标;动态功耗仅从辐照前的33mA变化为辐照后的38.1mA,远远低于规定的100mA指标.     

采用LD~3工艺和双层金属的59ns256kDRAM

将介绍在80℃和4.5V条件下,RAS之后典型读取时间为59ns的256k NMOS DR-AM(图1)。在测试装置所限制的周期速度为55ns时,得到了图2所示的页面型读出和写入周期。 获得这一性能的一个关键因素是采用三重扩散LD~3 NMOS晶体管结构,即双扩散     

0.8μm SOI CMOS抗辐射加固工艺辐射效应研究

采用抗辐射0.8μm SOI CMOS加固技术,研制了抗辐射SOI CMOS器件和电路。利用Co60γ射线源对器件和电路的总剂量辐射效应进行了研究。对比抗辐射加固工艺前后器件的Id-Vg曲线以及前栅、背栅阈值随辐射总剂量的变化关系,得到1 Mrad(Si)总剂量辐射下器件前栅阈值电压漂移小于0.15 V。最后对加固和非加固的电路静态电流、动态电流、功能随辐射总剂量的变化情况进行了研究,结果表明抗辐射加固工艺制造的电路抗总剂量辐射性能达到500 krad(Si)。