MOSFET 辐照诱生界面陷阱形成过程的1/f噪声研究

基于界面陷阱形成的氢离子运动两步模型和反应过程的热力学平衡假设，推导了金属-氧化物-半导体-场效应晶体管(MOSFET)经历电离辐照后氧化层空穴俘获与界面陷阱形成间关系的表达式.利用初始1/f噪声功率谱幅值与氧化层空穴俘获之间的联系，建立了辐照前的1/f噪声幅值与辐照诱生界面陷阱数量之间的半经验公式，并通过实验予以验证.研究结果表明，由于辐照诱生的氧化层内陷阱通过与分子氢作用而直接参与到界面陷阱的建立过程中，从而使界面陷阱生成数量正比于这种陷阱增加的数量，因此辐照前的1/f噪声功率谱幅值正比于辐照诱生的界面陷阱数量.研究结果为1/f噪声用作MOSFET辐照损伤机理研究的新工具，对其抗辐照性能进行无损评估提供了理论依据与数学模型. 关键词： 辐照效应 界面陷阱 1/f噪声 氧化层空穴俘获     

基于辐照前1/f噪声的金属-氧化物-半导体场效应晶体管辐照退化模型

基于金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)噪声的载流子数涨落和迁移率涨落理论,建立了MOSFET辐照前1/f噪声参量与辐照后分别由氧化层陷阱和界面陷阱诱使阈值电压漂移之间的定量数学模型,并通过实验予以验证.研究结果表明,辐照诱生的氧化层陷阱通过俘获和发射过程与沟道交换载流子,在引起载流子数涨落的同时也通过库仑散射导致沟道迁移率的涨落,因此辐照前的1/f噪声幅值正比于辐照诱生的氧化层陷阱数.利用该模型对MOSFET辐照前1/f噪声与辐照退化的相关性从理论上进行了解释,同时也为MOSFET抗辐照能力预测提供理论依据.     

基于辐照前1/f噪声的金属-氧化物-半导体场效应晶体管辐照退化模型

基于金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)噪声的载流子数涨落和迁移率涨落理论,建立了MOSFET辐照前1/f噪声参量与辐照后分别由氧化层陷阱和界面陷阱诱使阈值电压漂移之间的定量数学模型,并通过实验予以验证.研究结果表明,辐照诱生的氧化层陷阱通过俘获和发射过程与沟道交换载流子,在引起载流子数涨落的同时也通过库仑散射导致沟道迁移率的涨落,因此辐照前的1/f噪声幅值正比于辐照诱生的氧化层陷阱数.利用该模型对MOSFET辐照前1/f噪声与辐照退化的相关性从理论上 关键词： f噪声')" href="#">1/f噪声 辐照 金属-氧化物-半导体场效应晶体管 陷阱     

基于辐照前1/f噪声的金属-氧化物-半导体场效应晶体管潜在缺陷退化模型

基于金属-氧化物-半导体-场效应管(MOSFET)辐射损伤的微观机理,推导出了MOSFET经历辐照之后氧化层空穴俘获与阈值电压漂移之间关系的表达式.又根据MOSFET中1/f噪声产生的微观机理,建立了辐照之前MOSFET的1/f噪声功率谱幅值与阈值电压漂移量之间的定量关系,并通过实验予以验证.结果表明,辐照之前的1/f噪声功率谱幅值与辐照之后的阈值电压漂移量存在正比例关系,阈值电压漂移量可以反映出MOSFET内部的潜在缺陷的退化程度,因此,该模型有助于利用1/f噪声参量来表征MOSFET内部潜在缺陷的数量和严重程度.     

N/P沟道MOSFET1/f噪声的统一模型

对n／p两种沟道类型、不同沟道尺寸MOSFET的1／f噪声特性进行了实验和理论研究.实验结 果表明，虽然nMOSFET的1／f噪声幅值比pMOSFET大一个数量级，但是其噪声幅值均表现出和 有效栅压的平方成反比、和漏压的平方成正比、和沟道面积成反比的规律.基于该实验结果 ，认为MOSFET的1/f噪声产生机理为位于半导体_氧化物界面附近几个纳米范围内的氧化层陷 阱通过俘获和发射过程与沟道交换载流子，在引起载流子数涨落的同时也通过库仑散射导致 沟道载流子迁移率的涨落.在这两种涨落机理的基础上，引入了氧化层陷阱的分布特征及其 与沟道交换载流子的隧穿和热激活两种方式，建立了MOSFET l／f噪声的统一模型.实验结果 和本文模型符合良好. 关键词： 1/f噪声 MOSFET 氧化层陷阱 涨落     

电离辐射对部分耗尽绝缘体上硅器件低频噪声特性的影响

本文针对辐射前后部分耗尽结构绝缘体上硅(SOI)器件的电学特性与低频噪声特性开展试验研究. 受辐射诱生埋氧化层固定电荷与界面态的影响, 当辐射总剂量达到1 M rad(Si) (1 rad = 10^-2 Gy)条件下, SOI器件背栅阈值电压从44.72 V 减小至12.88 V、表面电子有效迁移率从473.7 cm²/V·s降低至419.8 cm²/V· s、亚阈斜率从2.47 V/dec增加至3.93 V/dec; 基于辐射前后亚阈斜率及阈值电压的变化, 可提取得到辐射诱生界面态与氧化层固定电荷密度分别为5.33×10¹¹ cm^{- 2}与2.36×10¹² cm^-2. 受辐射在埋氧化层-硅界面处诱生边界陷阱、氧化层固定电荷与界面态的影响, 辐射后埋氧化层-硅界面处电子被陷阱俘获/释放的行为加剧, 造成SOI 器件背栅平带电压噪声功率谱密度由7×10^{- 10} V²·Hz^-1增加至1.8×10^-9 V² ·Hz^-1; 基于载流子数随机涨落模型可提取得到辐射前后SOI器件埋氧化层界面附近缺陷态密度之和约为1.42×10¹⁷ cm^-3·eV^-1和3.66×10¹⁷ cm^-3·eV^-1. 考虑隧穿削弱因子、隧穿距离与时间常数之间关系, 本文计算得到辐射前后埋氧化层内陷阱电荷密度随空间分布的变化.     

基于1/f噪声的NPN晶体管辐照感生电荷的定量分离

本文针对NPN双极性晶体管, 在研究辐照感生的氧化层电荷及界面态对晶体管基极电流和1/f噪声的影响的基础上, 建立辐照感生氧化层电荷及界面态与基极电流和1/f噪声的定量物理模型. 根据所建立的模型, 提出一种新的分离方法, 利用1/f噪声和表面电流求出氧化层电荷密度, 利用所求得氧化层电荷密度和表面电流求出界面态密度. 利用本方法初步实现了辐照感生氧化层电荷及界面态的定量计算.     

部分耗尽SOI晶体管电离辐射损伤的物理模型

从氧化层俘获空穴和质子诱导界面态形成的物理机制出发,建立部分耗尽SOI器件总剂量辐射诱导的氧化层陷阱电荷和界面态物理模型,模型可以很好地描述辐射诱导氧化层陷阱电荷和界面态与辐射剂量的关系,并从实验上对上述模型结果给予验证.结果表明,在实验采用的辐射剂量范围内,辐射诱导产生的氧化物陷阱电荷与辐射剂量满足负指数关系.模型中如果考虑空穴的退火效应,可以更好地反映高剂量辐照下的效应;辐射诱导产生的界面态与辐射剂量成正比例关系.     

宽范围偏置电流下的GaAlAs红外发光二极管1/f噪声特性

在宽范围偏置条件下,测量了GaAlAs红外发光二极管(IRLED)的低频噪声,发现1/f噪声幅值与偏置电流的γ次方成正比,在小电流区,γ≈1,在大电流区γ≈2.基于载流子数涨落和迁移率涨落机制建立了一个GaAlAs IRLED 1/f噪声模型,该模型的分析表明,低电流区GaAlAs IRLED的1/f噪声源于体陷阱对载流子俘获和发射导致的扩散电流涨落,高电流区的1/f噪声源于结空间电荷区附近氧化层陷阱对该处表面势的调制而引起载流子表面复合速率的涨落.该研究结果为1/f噪声表征GaAlAs IRLED的可靠性提供了实验基础与理论依据.     

MOS结构电离辐射效应模型研究

基于氧化层空穴俘获和质子诱导界面陷阱电荷形成物理机制的分析,分别建立了MOS结构电离辐射诱导氧化层陷阱电荷密度、界面陷阱电荷密度与辐射剂量相关性的物理模型.由模型可以得到,在低剂量辐照条件下辐射诱导产生的两种陷阱电荷密度与辐射剂量成线性关系,在中到高辐射剂量下诱导陷阱电荷密度趋于饱和,模型可以很好地描述这两种陷阱电荷与辐射剂量之间的关系.最后讨论了低剂量辐照下,两种辐射诱导陷阱电荷密度之间的关系,认为低辐射剂量下两者存在线性关系,并用实验验证了理论模型的正确性.该模型为辐射环境下MOS器件辐射损伤提供了更 关键词： MOS结构 辐射 界面陷阱 氧化层陷阱