抗辐射SOI器件栅氧可靠性研究

对抗辐射SOI器件栅氧可靠性进行研究,比较了体硅器件、SOI器件、抗总剂量加固SOI器件的栅氧可靠性,发现SOI材料片的制备与抗总剂量加固过程中的离子注入工艺都会对顶层硅膜造成影响,进而影响栅氧可靠性。最后通过恒压应力法表征栅氧介质随时间击穿(TDDB)的可靠性,结果显示抗总剂量辐射加固工艺的12.5 nm栅氧在125℃高温5.5 V工作电压下TDDB寿命达到14.65年,满足SOI抗总剂量辐射加固工艺对栅氧可靠性的需求。     

SOI MOSFET器件X射线总剂量效应研究

研究了以10keV X射线为辐照源对注氧隔离(SIMOX)SOI MOSFET器件进行辐照的总剂量效应.采用ARACOR 10keV X射线对埋氧层加固样品与未加固的对比样品在开态和传输门态两种辐照偏置下进行辐照,分析了器件的特性曲线,并计算了SOI MOS器件前栅与寄生背栅晶体管辐照前后的阈值电压的漂移.实验结果表明,加固样品的抗辐射性能优越,且不同的辐照偏置对SOI MOSFET器件的辐照效应产生不同的影响.     

抗辐射高压SOI NMOS器件的背栅效应研究

通过对高压SOI NMOS器件进行总剂量辐照试验发现,辐照后器件埋氧化层中引入了大量的氧化层陷阱电荷,使得器件背栅发生反型,在较高漏极工作电压下,漏极耗尽区与反型界面相连,使得源漏发生穿通,导致器件漏电。通过原理分析提出了增加顶层硅膜厚度的优化措施,证明在顶层硅膜较薄的情况下,SOI NMOS器件容易发生总剂量辐照后背栅漏电,厚顶层硅器件特性受背栅辐照效应的影响则显著降低直至消失。     

SOI抗总剂量辐射加固工艺栅氧可靠性研究

文章对采用了埋层二氧化硅抗总剂量加固工艺技术的SOI器件栅氧可靠性进行研究,比较了干法氧化和湿法氧化工艺的栅氧击穿电荷,干法氧化的栅氧质量劣于湿法氧化。采用更敏感的12.5nm干法氧化栅氧工艺条件,对比采用抗总剂量辐射加固工艺前后的栅氧可靠性。抗总剂量辐射加固工艺降低了栅氧的击穿电压和击穿时间。最后通过恒压法表征加固工艺的栅氧介质随时间击穿(TDDB)的可靠性,结果显示抗总剂量辐射加固工艺的12.5nm栅氧在常温5.5V工作电压下TDDB寿命远大于10年,满足SOI抗总剂量辐射加固工艺对栅氧可靠性的需求。     

斜埋氧SOI LDMOS高压器件新结构

为了提高基于绝缘体上的硅(SOI)技术实现的横向扩散金属氧化物半导体器件(SOI LDMOS)的击穿电压,提出了斜埋氧SOI LDMOS(S SOI LDMOS)耐压新结构。当器件关断时,倾斜的埋氧层束缚了大量的空穴,在埋氧层上界面引入了高密度的正电荷,大大增强了埋氧层中的电场,从而提高了纵向耐压。另外,埋氧层的倾斜使器件漂移区厚度从源到漏线性增加,这就等效于漂移区采用了线性变掺杂,通过优化埋氧层倾斜度,可获得一个理想的表面电场分布,提高了器件的横向耐压。对器件耐压机理进行了理论分析与数值仿真,结果表明新结构在埋氧层厚度为1μm、漂移区长度为40μm时,即可获得600 V以上的击穿电压,其耐压比常规结构提高了3倍多。     

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。     

基于薄埋氧层及三顶层硅的SOI高压LDMOS研究

详细研究了一种基于薄埋氧层及三层顶层硅衬底(Triple-Layer Top Silicon,TLTS)的SOI高压LDMOS器件。该结构在SOI介质层上界面的顶层硅内引入一高浓度n⁺层,当器件处于反向阻断状态时,高浓度n⁺区部分耗尽,漏端界面处已耗尽n⁺层内的高浓度电离施主正电荷可增强介质层电场,所产生的附加电场将调制漂移区内的电场,防止器件在漏端界面处被提前击穿,从而可在较薄的埋氧层(BOX)上获得较高耐压。在0.4 μm BOX上获得了624 V的耐压。与几种SOI器件相比,所提出的TLTS LDMOS器件具有较高优值(FOM)。     

基于薄埋氧层及三顶层硅的SOI高压LDMOS研究

详细研究了一种基于薄埋氧层及三层顶层硅衬底(Triple-Layer Top Silicon,TLTS)的SOI高压LDMOS器件。该结构在SOI介质层上界面的顶层硅内引入一高浓度n+层,当器件处于反向阻断状态时,高浓度n+区部分耗尽,漏端界面处已耗尽n+层内的高浓度电离施主正电荷可增强介质层电场,所产生的附加电场将调制漂移区内的电场,防止器件在漏端界面处被提前击穿,从而可在较薄的埋氧层(BOX)上获得较高耐压。在0.4μm BOX上获得了624V的耐压。与几种SOI器件相比,所提出的TLTS LDMOS器件具有较高优值(FOM)。     

DSOI总剂量效应模型及背偏调控模型

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(DSOI MOSFET)器件的阈值电压漂移、泄漏电流增大等退化特性。由于背栅端口的存在,SOI器件存在新的总剂量效应加固途径,对于全耗尽SOI器件,利用正背栅耦合效应,可通过施加背栅偏置电压补偿辐照导致的器件参数退化。本文研究了总剂量辐照对双埋氧层绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管(DSOI MOSFET)总剂量损伤规律及背栅偏置调控规律,分析了辐射导致晶体管电参数退化机理,建立了DSOI晶体管总剂量效应模拟电路仿真器(SPICE)模型。模型仿真晶体管阈值电压与实测结果≤6 mV,同时根据总剂量效应模型给出了相应的背栅偏置补偿模型,通过晶体管背偏调控总剂量效应SPICE模型仿真输出的补偿电压与试验测试结果对比,N型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)的背偏调控模型误差为9.65%, P型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)为5.24%,该模型可以准确反映DSOI器件辐照前后阈值特性变化,为器件的背栅加固提供参考依据。     

超高总剂量辐射下SOI MOS器件特性研究

在超高总剂量辐射下,界面电荷的改变对MOS器件的阈值电压影响将越来越显著,甚至会引起NMOS的阈值电压增加,即所谓的“反弹”现象。文章研究的SOI NMOS的阈值电压并没有出现文献中所述的“反弹”,原因可能和具体的工艺有关。另外,通过工艺器件仿真和辐射试验验证,SOI器件在超高总剂量辐射后的漏电不仅仅来自于闽值电压漂移所导致的背栅甚至前栅的漏电流,而是主要来自于前栅的界面态的影响。这样,单纯的对埋层SiO2进行加固来减少总剂量辐射后埋层SiO2中的陷阱正电荷,并不能有效提高SOI MOS器件的抗超高总剂量辐射性能。     

深亚微米nMOSFET器件的总剂量电离辐射效应

选取了采用0.25μm工艺的两组器件进行研究.通过对这两种器件关态泄漏电流、跨导和栅电流等电学参数进行分析,得出当器件发展到深亚微米阶段时,影响其辐射效应的主要原因是场氧化层中的陷阱电荷.并对相关机理进行了分析和仿真验证.     

深亚微米nMOSFET器件的总剂量电离辐射效应

选取了采用0.25μm工艺的两组器件进行研究.通过对这两种器件关态泄漏电流、跨导和栅电流等电学参数进行分析,得出当器件发展到深亚微米阶段时,影响其辐射效应的主要原因是场氧化层中的陷阱电荷.并对相关机理进行了分析和仿真验证.     

电子辐照深亚微米MOS晶体管的总剂量效应

为了研究电子辐照导致CCD参数退化的损伤机理,以及CCD内不同沟道宽长比的NMOSFET的辐射效应,将与CCD同时流片的两种不同沟道宽长比的深亚微米NMOSFET进行电子辐照实验。分析了电子辐照导致NMOSFET阈值电压和饱和电流退化的情况,以及器件的辐射损伤敏感性。实验结果表明,电子辐照导致两种NMOSFET器件的参数退化情况以及辐射损伤敏感性类似。导致器件参数退化的主要原因是界面陷阱电荷,同时氧化物陷阱电荷表现出了一定的竞争关系。实验结果为研究CCD电子辐照导致的辐射效应提供了基础数据支持。     

埋层低掺杂漏SOI高压器件的击穿电压

提出一种具有埋层低掺杂漏(BLD)SOI高压器件新结构。其机理是埋层附加电场调制耐压层电场,使漂移区电荷共享效应增强,降低沟道边缘电场,在漂移区中部产生新的电场峰。埋层电中性作用增加漂移区优化掺杂浓度,导通电阻降低;低掺杂漏区在漏极附近形成缓冲层,改善漏极击穿特性。借助二维半导体仿真器MEDICI,研究漂移区浓度和厚度对击穿电压的影响,获得改善击穿电压和导通电阻折中关系的途径。在器件参数优化理论的指导下,成功研制了700V的SOI高压器件。结果表明:BLD SOI结构击穿电压由均匀漂移区器件的204V提高到275V,比导通电阻下降25%。     

增强型氮化镓功率器件的总剂量效应

研究了P型帽层和共源共栅(Cascode)结构氮化镓(GaN)功率器件高/低剂量率辐照损伤效应.试验结果表明,P型帽层和Cascode结构GaN功率器件都不具有低剂量率损伤增强效应(ELDRS);Cascode结构GaN功率器件总剂量辐照损伤退化更明显;P型帽层结构的GaN功率器件抗总剂量能力较强.分析了二者的退化机制...     

双极线性稳压器(LM317)的电离总剂量效应及剂量率的影响

对一款双极集成、三端线性稳压器LM317进行了不同偏置、不同剂量率条件下的电离辐射效应及室温退火特性研究。研究结果表明:器件输出电压、输入输出压差等敏感参数在电离辐射环境下发生了不同程度的变化,且在零偏偏置辐照下的变化比工作偏置辐照下的变化大;在零偏偏置条件,总剂量相同时低剂量率辐照下的损伤明显大于高剂量率辐照,表现出低剂量率损伤增强效应;在工作偏置条件,高剂量率辐照下的损伤大于低剂量率辐照下的损伤,但随后的退火实验中恢复到低剂量率辐照损伤水平,表现出时间相关效应。对稳压器辐射敏感参数的影响因素和不同偏置下的剂量率影响进行了分析和讨论。     

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。     

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.     

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。