背栅偏置对掩埋氧化层辐射感生陷阱电荷调控规律及机理北大核心

研究了辐照过程中施加背栅偏置对掩埋氧化层(BOX)辐射感生陷阱电荷的调控规律及机理。测试了130 nm部分耗尽绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管在不同背栅偏置条件下辐射损伤规律,试验结果显示辐照过程中施加正向背栅偏置可以显著增强辐射陷阱电荷产生,而施加负向背栅偏置并不能明显抑制氧化物陷阱电荷的产生,甚至在进一步提高负向偏置时会使氧化物陷阱电荷的数量上升。通过TCAD器件模拟仿真研究了背栅调控机理,研究结果表明:尽管负向背栅偏置可使辐射感生陷阱电荷远离沟道界面,但随着BOX层厚度减薄该区域电荷仍可导致器件电参数退化,且提高负向偏置电压可进一步增强陷阱电荷产生,加剧辐射损伤。     

3-D simulation of angled strike heavy-ion induced charge collection in silicon–germanium heterojunction bipolar transistors

This paper presents 3-D simulation of angled strike heavy-ion induced charge collection in domestic silicon-germanium heterojunction bipolar transistors （SiGe HBTs）. 3D damaged model of SiGe HBTs single-event effects （SEE） is built by TCAD simulation tools to research ions angled strike dependence. We select several different strike angles at variously typical ions strike positions. The charge collection mechanism for each terminal is identified based on analysis of the device structure and simulation results. Charge collection induced by angled strike ions presents a complex situation. Whether the location of device ions enters, as long as ions track through the sensitive volume, it will cause vast charge collection. The amount of charge collection of SiGe HBT is not only related to length of ions track in sensitive volume, but also influenced by STI and distance between ions track and electrodes. The simulation model is useful to research the practical applications of SiGe HBTs in space, and provides a theoretical basis for the further radiation hardening.     

变温恒剂量率辐照加速评估方法在双极线性稳压器LM317上的应用

对3个公司生产的同一型号双极线性稳压器LM317进行了工作和零偏偏置下高、低剂量率辐照,变温恒剂量率辐照及美军标恒高温恒剂量率辐照的对比实验。结果表明,与恒高温恒剂量率辐照相比,变温恒剂量率辐照不仅能非常准确、快速地评估出在不同偏置条件下3款双极线性稳压器的剂量率效应,还可较好地模拟双极线性稳压器在低剂量率辐照下的损伤。实验结果验证了变温恒剂量率辐照加速评估方法在双极线性稳压器上应用的可行性。     

基于SOI结构的辐照传感器的辐照响应特性研究

绝缘体上硅埋氧层(Silicon-On-Insulator Buried Oxide,SOI BOX)P型金属氧化物半导体场效应晶体管(Positive channel Metal Oxide Semiconductor,PMOS)是用于新型高灵敏度辐射探测仪的一种关键器件。通过试验研究了SOI BOX PMOS的辐照响应特性,包括辐照偏置对SOI BOX PMOS的辐射响应灵敏度的影响、不同辐射剂量率环境下的SOI BOX PMOS的灵敏度响应差异、辐照后的SOI BOX PMOS的退火特性及其对辐射响应敏感度影响,以及SOI BOX PMOS沟道宽长比与其灵敏度的关系等,并对试验结果进行了必要的理论分析。实验结果表明:正偏置辐照的器件对电荷的收集响应灵敏度明显高于零偏置辐照的器件;阈值电压的辐照变化几乎不受退火效应影响;相比于宽沟道器件,窄沟道器件的阈值电压漂移更为明显。实验研究为新型辐射剂量探测仪的研制打下了基础。     

不同规模SRAM辐射损伤效应的研究

通过对ETC公司的商用256 kb和1 Mb CMOS SRAM器件在不同偏置条件(包括静态偏置和动态读写偏置)下进行电离辐射效应的研究,获得了SRAM器件电气参数和功能出错数随总剂量的响应关系.实验结果表明,功耗电流随累积剂量的增加变化明显,可以作为表征SRAM辐射损伤的敏感参数,但功能出错数与功耗电流的变化不同步,与功耗电流没有必然联系,原因是功能出错主要由栅氧阈值电压负漂引起,而功耗电流的增加主要由栅氧和场氧阈值电压负漂造成的漏电引起.     

X射线对金硅界面剂量增强效应的模拟研究

本文以光子与物质的相互作用机制为基础,论述了剂量增强效应的基本原理。用蒙特卡罗方法研究了金和硅交界时X射线入射产生的剂量梯度分布,通过MCNP5程序建立了一个三维的金硅界面结构模型,计算了不同厚度的金在金硅界面的剂量增强因子。计算结果表明:当X射线为30–300 keV时,界面附近硅一侧存在较大的剂量增强效应。金的厚度影响界面附近的剂量增强效果,当金的厚度为0–10 m时,剂量增强因子随金的厚度增大;当金的厚度超过10 m后,剂量增强因子随金厚度的增加而减少。     

总剂量辐照对65 nm NMOSFET热载流子敏感参数的影响

为了研究总剂量辐射对纳米MOS晶体管热载流子效应的影响,对65 nm 体硅工艺的NMOS器件进行了总剂量辐射和热载流子试验,对比了辐射前后不同宽长比器件的跨导、栅极泄漏电流、线性饱和电流等电参数。结果表明,MOS器件的沟道宽度越窄,热载流子效应受辐射的影响越显著,总剂量辐射后热载流子效应对器件的损伤增强。分析认为,辐射在STI中引入的陷阱电荷是导致以上现象的主要原因。该研究结果为辐射环境下器件的可靠性评估提供了依据。     

γ射线辐照对130 nm部分耗尽SOI MOS器件栅氧经时击穿可靠性的影响

研究了射线辐照对130 nm部分耗尽（Partially Depleted,PD）绝缘体上硅（Silicon on Insulator,SOI）工艺MOS器件栅氧经时击穿（Time-Dependent Dielectric Breakdown,TDDB）寿命的影响。通过测试和对比辐照前后NMOS和PMOS器件的转移特性曲线、阈值电压、关态泄漏电流以及TDDB时间等电参数,分析了射线辐照对PD-SOI MOS器件TDDB可靠性的影响。结果表明:由于射线辐照在栅极氧化层中产生了带正电的氧化物陷阱电荷,影响了器件内部势垒的分布,降低了电子跃迁的势垒高度,导致了电子遂穿的正反馈作用增强,从而缩短了器件栅氧化层经时击穿时间,最终造成器件栅极氧化层的可靠性下降。     

背栅偏置对不同沟道长度PDSOI晶体管总剂量损伤规律及机理研究

为研究辐照过程中施加背栅偏置对不同沟道长度部分耗尽绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管（Partily Depleted Silicon-On-Insulator Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors,PD SOI MOSFETs）电参数影响规律,及对隐埋氧化层（Buried Oxide,BOX）辐射感生陷阱电荷的调控规律及机理。基于晶体管转移特性曲线,通过提取辐射诱导晶体管阈值电压变化量,对比了不同沟道长度PD SOI在不同背栅偏置条件下的辐射损伤数据,试验结果显示：辐照过程中施加背栅偏置可以显著增强长沟晶体管的损伤。通过提取辐射在BOX层中引入陷阱电荷密度,结合TCAD(Technology Computer Aided Design)器件模拟仿真进行了机理研究,研究结果表明：短沟道晶体管在施加背栅偏置时会受到源漏电压的影响,从而使BOX层中电场分布及强度不同于长沟道晶体管,而长沟道晶体管受源漏电压的影响可以忽略。     

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。