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     

静态随机存储器总剂量辐射损伤的在线与离线测试方法

以静态随机存储器为研究对象,对其在线和离线测试下的总剂量辐射损伤规律进行了研究,探寻了两种测试条件下总剂量损伤的差异并对造成差异的物理机制进行了分析和讨论,研究结果表明:由于静态随机存储器存在多种总剂量失效模式,相对于在线测试只能覆盖存储单元固定错误的一种失效模式,离线测试可覆盖多种功能失效模式;由于信号完整性对测试频率的限制,使得在线测试得到的动态功耗电流值要明显小于离线测试得到的动态功耗电流值;由于"印记效应"的存在,在线测试静态功耗电流小于离线测试中器件存储与辐照相反数据时的静态功耗电流值;在线无法测量的一些电参数,有可能先于在线可测参数而失效,这些研究结果对于静态随机存储器在星用辐射环境下的总剂量辐射损伤规律的研究和实验评估具有重要意义。     

GaN基多量子阱蓝光LED的γ辐照效应

本文用4×104Ci(1Ci=3.7×1010Bq)的60Co源(剂量率2×105rad(Si)/h)对GaN基InGaN/GaN多量子阱蓝光LED进行5种剂量的γ射线的辐照实验.通过辐照前后蓝光LED的波长、色纯度、最大半峰宽(FWHM)和电流-电压(I-V)、电流-光通量(I-F)等电光学特性分析,得到γ射线对GaN基LED器件的辐照效应.结果发现,辐照后LED器件的发光一致性和均匀性变差,在20mA工作电流下,最大剂量下器件发光强度衰减近90%,光通量衰减约40%,并得到器件的抗辐照能力的参数τ0Kγ为4.039×10-7rad.s-1,发现较低的正向偏压下(小于2.6V)器件的饱和电流随辐照总剂量增大而增大.     

CMOS器件60Coγ射线、电子和质子电离辐射损伤比较

利用TRIM95蒙特卡罗软件计算了质子在二氧化硅中的质量阻止本领和能量沉积,比较了质子在二氧化硅中的电离阻止本领与核阻止本领,分析了质子在材料的表面吸收剂量与灵敏区实际吸收剂量的关系.利用60Coγ射线、1MeV电子和2-9 MeV质子对CC4007RH和CC4011器件进行辐照实验,比较60Coγ射线和带电粒子的电离辐射损伤情况.实验结果表明,60Coγ射线、1MeV电子和2-7MeV质子辐照损伤效应中,在0V栅压下可以相互等效;在5V栅压下,以60Coγ射线损伤最为严重,1MeV电子的辐射损伤与60Coγ射线差别不大,9MeV以下质子辐射损伤总是小于60Coγ射线,能量越低,损伤越小.     

飞秒脉冲激光辐照FRAM诱发的毁伤效应及热演化

空间高能粒子辐照航天器电子器件诱发的毁伤和热演化特征,直接关系到航天器的在轨安全运行和在轨任务的顺利实施。本文利用自行构建的飞秒脉冲激光辐照系统、激光诱发毁伤的数据采集系统、数据读写系统和红外热成像系统,开展了不同激光输出重复频率、不同作用区域下辐照铁电存储器(FRAM)实验,获取激光辐照于铁电存储器被照面的稳态温度场和铁电存储器的暂态失效和永久失效出现时间,并观测了辐射效应对铁电存储器的毁伤效果,经MATLAB软件处理得到了激光辐照铁电存储器不同区域热演化过程的温度场分布。实验结果表明:在激光输出功率近似相同的飞秒脉冲激光辐照条件下,激光脉冲输出重复频率越低,诱发永久性毁伤出现时刻的时间越长,近似呈非线性增长;随着激光输出重复频率的增大,激光对铁电存储器的作用由激光电离存储器介质产生的高能带电粒子对铁电体自发极化的破坏为主,逐步转变为以热辐射与热应力诱发的毁伤;当激光在器件表面产生的最高温度接近存储器最高工作温度时,永久毁伤的出现时间将显著延长。并通过对回归参数的计算和假设检验,给出了回归参数的置信度1-α为95%的条件下激光辐照区域1与区域2的最高辐射温度与激光输出重复频率的拟合关系式。     

部分耗尽绝缘层附着硅静态随机存储器总剂量辐射损伤效应的研究

通过分析部分耗尽绝缘层附着硅互补金属氧化物半导体静态随机存储器(SRAM)在动态偏置条件下的电学参数和功能参数随累积剂量的变化规律, 研究了绝缘层附着硅(SOI)工艺SRAM器件在⁶⁰Co-γ射线辐照后的总剂量辐射损伤效应及器件敏感参数与功能错误数之间的相关性,为进一步深入研究大规模SOI集成电路的抗总剂量辐射加固及其辐射损伤评估提供了可能的途径和方法.实验结果表明:辐射引起的场氧和埋氧漏电是功耗电流增大的主要原因; 阈值电压漂移造成输出高电平下降、低电平微小上升和峰-峰值大幅降低,以及传输延迟增大; 当总剂量累积到一定程度,逻辑功能因关断功能的失效而出现突变错误; 传输延迟和输出高电平与逻辑功能错误之间存在一定相关性.     

采用硅离子注入改进SIMOX埋氧的抗总剂量辐射性能研究

采用硅离子注入工艺对注氧隔离(SIMOX)的绝缘体上硅(SOI)材料进行改性, 在改性材料和标准SIMOX材料上制作了部分耗尽环型栅NMOS/SOI晶体管, 并对其进行⁶⁰Co γ射线总剂量辐照试验. 通过背栅的I-V特性表征晶体管的总剂量辐照特性. 结果表明, 在埋氧层注硅可以降低NMOS/SOI受辐照引起的背栅阈值电压漂移, 提高埋氧层的抗总剂量能力.     

CMOS器件60Co γ射线、电子和质子电离辐射损伤比较

利用TRIM95蒙特卡罗软件计算了质子在二氧化硅中的质量阻止本领和能量沉积，比较了质子在二氧化硅中的电离阻止本领与核阻止本领，分析了质子在材料的表面吸收剂量与灵敏区实际吸收剂量的关系.利用⁶⁰Co γ射线、1MeV电子和2—9 MeV质子对CC4007RH和CC4011器件进行辐照实验，比较⁶⁰Co γ射线和带电粒子的电离辐射损伤情况.实验结果表明，⁶⁰Co γ射线、1MeV 电子和2—7MeV质子辐照损伤效应中，在0V栅压下可以相互等效； 关键词： γ射线 电子 质子 辐射损伤     

大规模集成电路总剂量效应测试方法初探

提出了初步的大规模集成电路总剂量效应测试方法。在监测器件和电路功能参数的同时，监测器件功耗电流的变化情况，分析数据错误与器件功耗电流变化的关系及其总剂量效应机理。给出了大规模集成电路：静态随机存取存储器（SRAM）、电擦除电编程只读存储器（EEPROM）、闪速存储器（FLASH ROM）和微处理器（CPU）的⁶⁰Co γ总剂量效应实验的结果. 关键词： 测试方法 总剂量效应 大规模集成电路     

不同集成度SRAM硬X射线剂量增强效应研究

给出了不同集成度16K—4Mb随机静态存储器SRAM在钴源和北京同步辐射装置BSRF3W1白光束线辐照的实验结果;通过实验在线测得SRAM位错误数随总剂量的变化,给出相同辐照剂量时20—100keVX光辐照和Co⁶⁰γ射线辐照的剂量损伤效应的比例因子;给出集成度不同的SRAM器件抗γ射线总剂量损伤能力与集成度的关系;给出不同集成度SRAM器件的X射线损伤阈值.这些结果对器件抗X射线辐射加固技术研究有重要价值.     

0.18 μm窄沟NMOS晶体管总剂量效应研究

为明确深亚微米NMOS器件抗辐照能力以及研究其加固措施, 本文对0.18 μm窄沟NMOS晶体管进行了⁶⁰Coγ总剂量辐射效应研究. 结果表明: 和宽沟器件不同, 阈值电压、跨导、漏源电导对总剂量辐照敏感, 此现象被称之为辐射感生窄沟道效应; 相比较栅氧化层, 器件隔离氧化层对总剂量辐照更敏感; 窄沟道NMOS器件阈值电压不仅和沟道耗尽区电荷有关, 寄生晶体管耗尽区电荷对其影响也不可忽略, 而辐照引起源漏之间寄生晶体管开启, 形成漏电通道, 正是导致漏电流、亚阈斜率等参数变化的原因. 关键词： 0.18μmm 窄沟NMOS晶体管 60Coγ辐照')" href="#">⁶⁰Coγ辐照 辐射感生窄沟道效应     

Total ionizing dose effects of domestic Si Ge HBTs under different dose rates

The total ionizing radiation(TID) response of commercial NPN silicon germanium hetero-junction bipolar transistors(Si Ge HBTs) produced domestically are investigated under dose rates of 800 m Gy(Si)/s and 1.3 m Gy(Si)/s with a Co-60 gamma irradiation source. The changes of transistor parameters such as Gummel characteristics, and excess base current before and after irradiation, are examined. The results of the experiments show that for the KT1151, the radiation damage is slightly different under the different dose rates after prolonged annealing, and shows a time dependent effect(TDE). For the KT9041, however, the degradations of low dose rate irradiation is higher than for the high dose rate, demonstrating that there is a potential enhanced low dose rate sensitivity(ELDRS) effect for the KT9041. The possible underlying physical mechanisms of the different dose rates responses induced by the gamma rays are discussed.     

~(60)Co-γ射线辐照CMOS有源像素传感器诱发暗信号退化的机理研究

对某国产0.5μm CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互补金属氧化物半导体)N阱工艺CMOS有源像素传感器的电离总剂量效应进行了研究,通过60Co-γ射线辐照试验,着重分析了对辐射最敏感的暗信号和暗信号非均匀性随总剂量退化的物理机理.实验发现,随着辐照剂量的增加,暗信号和暗信号非均匀性显著退化,并且静态偏置条件下器件的辐射损伤最大.暗信号退化的主要原因是光电二极管pn结和复位晶体管源端N+/Psub结表面边界周围的SiO2产生了大量的界面态;暗信号非均匀性显著退化是由于光电二极管的暗信号增大引起.上述工作可为深入研究CMOS有源像素传感器的抗辐射加固及其辐射损伤评估提供参考.     

电子辐射环境中NPN输入双极运算放大器的辐射效应和退火特性

本文对不同偏置下的NPN输入双极运算放大器LM108分别在1.8 MeV和1 MeV两种电子能量下、不同束流电子辐照环境中的损伤特性及变化规律进行了研究, 分析了不同偏置状态下其辐照敏感参数在辐照后三种温度 (室温, 100 ℃, 125 ℃) 下随时间变化的关系, 讨论了引起电参数失效的机理, 并且分析了器件在室温和高温的退火效应以讨论引起器件电参数失效的机理. 结果表明, 1.8 MeV和1 MeV 电子对运算放大器LM108主要产生电离损伤, 相同束流下1.8 MeV电子造成的损伤比1 MeV 电子更大, 相同能量下0.32 Gy(Si)/s束流电子产生的损伤大于1.53 Gy(Si)/s束流电子. 对于相同能量和束流的电子辐照, 器件零偏时的损伤大于正偏时的损伤. 器件辐照后的退火行为都与温度有较大的依赖关系, 而这种关系与辐照感生的界面态密度增长直接相关.     

Ionizing radiation effect on single event upset sensitivity of ferroelectric random access memory

The impact of ionizing radiation effect on single event upset(SEU) sensitivity of ferroelectric random access memory(FRAM) is studied in this work. The test specimens were firstly subjected to ~(60)Co γ-ray and then the SEU evaluation was conducted using ~(209)Bi ions. As a result of TID-induced fatigue-like and imprint-like phenomena of the ferroelectric material, the SEU cross sections of the post-irradiated devices shift substantially. Different trends of SEU cross section with elevated dose were also found, depending on whether the same or complementary test pattern was employed during the TID exposure and the SEU measurement.     

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.     

55 nm硅-氧化硅-氮化硅-氧化硅-硅闪存单元的γ射线和X射线电离总剂量效应研究

基于~(60)Co-γ射线和10 keV X射线辐射源,系统地研究了55 nm硅-氧化硅-氮化硅-氧化硅-硅闪存单元的电离总剂量效应,并特别关注其电学特性退化的规律与物理机制.总剂量辐照引起闪存单元I-V特性曲线漂移、存储窗口变小和静态电流增大等电学特性的退化现象,并对其数据保持能力产生影响.编程态闪存单元的I_d-V_g曲线在辐照后显著负向漂移,而擦除态负向漂移幅度较小.对比两种射线辐照,擦除态的I_d-V_g曲线漂移方向不同.相比于擦除态,富含存储电子的编程态对总剂量辐照更为敏感;且相比于~(60)Co-γ射线,本文观测到了显著的X射线剂量增强效应.利用TCAD和Geant 4工具,从能带理论详细讨论了55 nm硅-氧化硅-氮化硅-氧化硅-硅闪存单元电离总剂量效应和损伤的物理机制,并模拟和深入分析了X射线的剂量增强效应.     

三维数值仿真研究锗硅异质结双极晶体管总剂量效应

为探索锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT)总剂量效应的损伤机理,采用半导体器件三维模拟工具(TCAD),建立电离辐照总剂量效应损伤模型,分析比较电离辐射在SiGe HBT不同氧化层结构的不同位置引入陷阱电荷缺陷后,器件正向Gummel特性和反向Gummel特性的退化特征,获得SiGe HBT总剂量效应损伤规律,并与⁶⁰Coγ辐照实验进行对比.结果表明:总剂量辐照在SiGe HBT器件中引入的氧化物陷阱正电荷主要在pn结附近的Si/SiO₂界面处产生影响,引起pn结耗尽区的变化,带来载流子复合增加,最终导致基极电流增大、增益下降;其中EB Spacer氧化层中产生的陷阱电荷主要影响正向Gummel特性,而LOCOS隔离氧化层中的陷阱电荷则是造成反向Gummel特性退化的主要因素.通过数值模拟分析获得的SiGe HBT总剂量效应损伤规律与不同偏置下⁶⁰Coγ辐照实验的结论符合得较好.     

A comparison of ionizing radiation damage in CMOS devices from 60Co gamma rays, electrons and protons

Radiation hardened CC4007RH and non-radiation hardened CC4011 devices were irradiated using 80Co gamma rays, 1 MeV electrons and 1--9 MeV protons to compare the ionizing radiation damage of the gamma rays with the charged particles. For all devices examined, with experimental uncertainty, the radiation induced threshold voltage shifts (△Vth) generated by 60Co gamma rays are equal to that of 1 MeV electron and 1-7 MeV proton radiation under 0 gate bias condition. Under 5 V gate bias condition, the distinction of threshold voltage shifts (△Vth) generated by 60Co gamma rays and 1 MeV electrons irradiation are not large, and the radiation damage for protons below 9 MeV is always less than that of 60Co gamma rays. The lower energy the proton has, the less serious the radiation damage becomes.