总剂量辐照加固的PDSOI CMOS 3线-8线译码器

报道了一种制作在SIMOX晶圆之上的总计量加固的2μm部分耗尽SOI CMOS 3线-8线译码器电路,其辐照特性由晶体管的阚值电压、电路的静态泄漏电流以及电流电压特性曲线表征.实验表明,该译码器的抗总剂量能力达3×105rad(Si),nMOS管和pMOS管在最坏情况下前栅沟道阈值漂移分别小于20和70mV,并且在辐照、退火以及后续追加辐照过程中无明显的泄漏电流增加,电路的功能并未退化.     

RF PDSOI LDMOS器件的电离总剂量辐照效应

研制了一种用于射频领域的叉指栅PDSOI LDMOS晶体管,并分析了总剂量辐照对其静态和小信号射频特性的影响.其静态工作模式下的辐照响应由前/背栅阈值、泄漏电流、跨导和输出特性表征,而其交流工作模式下的辐照响应由截止频率和最高振荡频率表征.实验表明,在室温环境下经过总剂量为1Mrad(Si)的γ射线辐照,不同尺寸和结构的射频SOI LDMOS晶体管的各项指标均表现出明显退化,并且仅当器件工作在静态模式时LBBC LDMOS才表现出优于BTS LDMOS的抗辐照性能.     

提高SOI器件和电路性能的研究

在分析SOI器件的浮体效应、击穿特性、背栅阈值、边缘漏电、ESD及抗辐照特性的基础上,提出了提高SOI器件和电路性能的技术途径.体接触是防止浮体效应的最好方法;正沟道和背沟道的BF2/B离子注入可以分别满足阈值和防止背栅开启的需要;SOI器件栅电极的选取严重影响器件的性能;源区的浅结有助于减小寄生npn双极晶体管的电流增益;而自对准硅化物技术为SOI器件优良特性的展现发挥了重要作用.研究发现,采用综合加固技术的nMOS器件,抗总剂量的水平可达1×106rad(Si).     

磁存储器驱动电路界面平坦化研究

利用原子力显微镜(AFM)和扫描电镜(SEM)对磁存储器(MRAM)驱动电路与存储单元--磁性隧道结(MTJ)的连接界面的表面平坦化进行了研究.原子力显微镜照片表明:磁控溅射沉积的金属铝膜的表面由尺寸约为300nm的颗粒组成,其表面粗糙度约为几十纳米的量级,用统计平均值(均方根值root mean square,RMS)描述约为10nm;在铝膜的表面沉积一层难溶金属Ti或Ta膜以后,可很好地改善过渡层金属表面的平坦化效果.通过用化学机械平坦化设备(chemical mechanical planarization,CMP)在小压力和低转速的条件下,可使过渡层金属表面的RMS值达到小于1nm的平坦化效果.扫描电镜照片的结果也显示:利用光刻胶平坦化,然后通过调节反应离子刻蚀的条件,使刻蚀的过程中对氧化硅和光刻胶的刻蚀速率相等,去掉光刻胶,达到平坦化整个芯片表面的效果.     

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.     

一种新型隧穿场效应晶体管

提出了一种新型隧穿场效应晶体管(TFET)结构,该结构通过在常规TFET靠近器件栅氧化层一侧的漏-体结界面引入一薄层二氧化硅(隔离区),从而减小甚至阻断反向栅压情况下漏端到体端的带带隧穿(BTBT),减弱TFET的双极效应,实现大幅度降低器件泄漏电流的目的。利用TCAD仿真工具对基于部分耗尽绝缘体上硅(PDSOI)和全耗尽绝缘体上硅(FDSOI)的TFET和新型TFET结构进行了仿真与对比。仿真结果表明,当隔离区宽度为2 nm,高度大于10 nm时,可阻断PDSOI TFET的BTBT,其泄漏电流下降了4个数量级;而基于FDSOI的TFET无法彻底消除BTBT和双极效应,其泄漏电流下降了2个数量级。因此新型结构更适合于PDSOI TFET。     

用于ESD防护的PDSOI NMOS器件高温特性

研究了基于0.18μm部分耗尽型绝缘体上硅(PDSOI)工艺的静电放电(ESD)防护NMOS器件的高温特性。借助传输线脉冲(TLP)测试系统对该ESD防护器件在30~195℃内的ESD防护特性进行了测试。讨论了温度对ESD特征参数的影响,发现随着温度升高,该ESD防护器件的一次击穿电压和维持电压均降低约11%,失效电流也降低近9.1%,并通过对器件体电阻、源-体结开启电压、沟道电流、寄生双极结型晶体管(BJT)的增益以及电流热效应的分析,解释了ESD特征参数发生上述变化的原因。研究结果为应用于高温电路的ESD防护器件的设计与开发提供了有效参考。     

FinFET器件总剂量效应研究进展

全面综述鳍式场效应晶体管(FinFET)的总剂量效应,包括辐照期间外加偏置、器件的工艺参数、提高器件驱动能力的特殊工艺、源/漏掺杂类型以及不同栅介质材料和新沟道材料与FinFET总剂量效应的关系。对于小尺寸器件,绝缘体上硅(SOI)FinFET比体硅FinFET具有更强的抗总剂量能力,更适合于高性能抗辐照的集成电路设计。此外,一些新的栅介质材料和一些新的沟道材料的引入,如HfO₂和Ge,可以进一步提高FinFET器件的抗总剂量能力。     

Theoretical modification of the negative Miller capacitance during the switching transients of IGBTs

The insulated gate bipolar transistor (IGBT) has negative Miller capacitance during switching transients. It has conventionally been attributed to the voltage dependency of the Miller capacitance. However this explanation has physical ambiguity, yet, it lacks a discussion of the conditions for the occurrence of negative Miller capacitance as well. We argue that it is the current dependence to the Miller capacitance that results in the negative case. In this paper, we provide a modification to the theoretical analysis of this phenomenon. The occurrence condition for it and the device parameters about it are discussed. It is discovered that the negative Miller capacitance must occur during the turn-off process for any IGBT, while it is relatively difficult during the turn-on process. At the device design level, the current gain of the PNP transistor in the IGBT is an important factor for the negative Miller capacitance.     

PDSOI NMOS/CMOS闩锁特性

本文研究了部分耗尽绝缘体上的硅(PDSOI)NMOS、CMOS结构的闩锁(latch)特性。提出了一种体电极触发诱发PDSOI NMOS器件闩锁效应维持电压的测试方法,并用此方法测试出了不同栅长、栅宽和体接触结构NMOS/CMOS的闩锁效应维持电压,以及沟道注入条件和温度对维持电压的影响。