总剂量辐照效应对窄沟道SOI NMOSFET器件的影响

本文深入研究了130 nm Silicon-on-Insulator (SOI) 技术下的窄沟道n型metal-oxide-semiconductor-field-effect-transistor (MOSFET) 器件的总剂量辐照效应. 在总剂量辐照下, 相比于宽沟道器件, 窄沟道器件的阈值电压漂移更为明显. 论文利用电荷守恒定律很好地解释了辐照增强的窄沟道效应. 另外, 本文首次发现, 对于工作在线性区的窄沟道器件, 辐照产生的浅沟槽隔离氧化物(STI) 陷阱正电荷会增加沟道区载流子之间的碰撞概率和沟道表面粗糙度散射, 从而导致主沟道晶体管的载流子迁移率退化以及跨导降低. 最后, 对辐照增强的窄沟效应以及迁移率退化进行了三维器件仿真模拟, 仿真结果与实验结果符合得很好. 关键词： 总剂量效应(TID) 浅沟槽隔离(STI) 氧化层陷阱正电荷 SOI MOSFET     

绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管中辐射导致的寄生效应研究

基于⁶⁰Co γ射线源研究了总剂量辐射对绝缘体上硅（silicon on insulator,SOI）金属氧化物半导体场效应晶体管器件的影响.通过对比不同尺寸器件的辐射响应,分析了导致辐照后器件性能退化的不同机制.实验表明：器件的性能退化来源于辐射增强的寄生效应;浅沟槽隔离（shallow trench isolation,STI）寄生晶体管的开启导致了关态漏电流随总剂量呈指数增加,直到达到饱和;STI氧化层的陷阱电荷共享导致了窄沟道器件的阈值电压漂移,而短沟道器件的阈值电压漂移则来自于背栅阈值耦合;在同一工艺下,尺寸较小的器件对总剂量效应更敏感.探讨了背栅和体区加负偏压对总剂量效应的影响,SOI器件背栅或体区的负偏压可以在一定程度上抑制辐射增强的寄生效应,从而改善辐照后器件的电学特性.     

γ射线总剂量辐照效应对应变Si p型金属氧化物半导体场效应晶体管阈值电压与跨导的影响研究

分析了双轴应变Si p型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)在γ射线辐照下载流子的微观输运过程,揭示了γ射线的作用机理及器件电学特性随辐照总剂量的演化规律,建立了总剂量辐照条件下的双轴应变Si PMOSFET阈值电压与跨导等电学特性模型,并对其进行了模拟仿真.由仿真结果可知,阈值电压的绝对值会随着辐照总剂量的积累而增加,辐照总剂量较低时阈值电压的变化与总剂量基本呈线性关系,高剂量时趋于饱和;辐照产生的陷阱电荷增加了沟道区载流子之间的碰撞概率,导致了沟道载流子迁移率的退化以及跨导的降低.在此基础上,进行实验验证,测试结果表明实验数据与仿真结果基本相符,为双轴应变Si PMOSFET辐照可靠性的研究和应变集成电路的应用与推广提供了理论依据和实践基础.     

深亚微米器件沟道长度对总剂量辐照效应的影响

研究了180 nm 互补金属氧化物半导体技术下的器件沟道长度对总剂量辐照效应的影响. 在其他条件如辐照偏置、器件结构等不变的情况下, 氧化层中的陷阱电荷决定了辐照响应. 浅沟槽隔离氧化层中的陷阱电荷使得寄生的侧壁沟道反型, 从而形成大的关态泄漏电流. 这个电流与沟道长度存在一定的关系, 沟道长度越短, 泄漏电流越大. 首次发现辐照会增强这个电流的沟道长度调制效应, 从而使得器件进一步退化.     

$lt;i$gt;γ$lt;/i$gt;射线总剂量辐照效应对应变Sip型金属氧化物半导体场效应晶体管阈值电压与跨导的影响研究

分析了双轴应变Si p型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)在γ射线辐照下载流子的微观输运过程, 揭示了γ射线的作用机理及器件电学特性随辐照总剂量的演化规律, 建立了总剂量辐照条件下的双轴应变Si PMOSFET 阈值电压与跨导等电学特性模型, 并对其进行了模拟仿真. 由仿真结果可知, 阈值电压的绝对值会随着辐照总剂量的积累而增加, 辐照总剂量较低时阈值电压的变化与总剂量基本呈线性关系, 高剂量时趋于饱和; 辐照产生的陷阱电荷增加了沟道区载流子之间的碰撞概率, 导致了沟道载流子迁移率的退化以及跨导的降低. 在此基础上, 进行实验验证, 测试结果表明实验数据与仿真结果基本相符, 为双轴应变Si PMOSFET辐照可靠性的研究和应变集成电路的应用与推广提供了理论依据和实践基础. 关键词： 应变Sip型金属氧化物半导体场效应晶体管 总剂量辐照 阈值电压 跨导     

0.18 μm MOSFET器件的总剂量辐照效应

对0.18 μm metal-oxide-semiconductor field-effect-transistor (MOSFET)器件进行γ射线辐照实验,讨论分析器件辐照前后关态漏电流、阈值电压、跨导、栅电流、亚阈值斜率等特性参数的变化,研究深亚微米器件的总剂量效应. 通过在隔离氧化物中引入等效陷阱电荷,三维模拟结果与实验结果符合很好. 深亚微米器件栅氧化层对总剂量辐照不敏感,浅沟槽隔离氧化物是导致器件性能退化的主要因素. 关键词： 总剂量效应 浅沟槽隔离 氧化层陷阱正电荷 MOSFET     

总剂量辐照对热载流子效应的影响研究

研究了总剂量辐照效应对0.35μm n型金属-氧化物-半导体(NMOS)器件热载流子测试的影响.试验结果表明:经过100 krad(Si)总剂量辐照后进行5000 s的热载流子测试,NMOS器件阈值电压随着总剂量的增大而减小,然后随热载流子测试时间的增加而增大,且变化值远远超过未经过总剂量辐照的器件;总剂量辐照后经过200 h高温退火,再进行5000 s的热载流子测试,其热载流子退化值远小于未高温退火的样品,但比未辐照的样品更明显,即总剂量辐照与热载流子的协同效应要超过两种效应的简单叠加.根据两种效应的原理分析,认为总剂量辐照感生氧化层陷阱电荷中的空穴与热电子复合减少了正氧化层的陷阱电荷,但辐照感生界面态俘获热电子形成负的界面陷阱电荷,表现为两者的协同效应模拟方式比单机理模拟方式对器件的影响更严重.     

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.     

γ辐照前后多栅NMOS转移特性曲线交叉现象机理分析

在研究0.5μm多栅NMOS场效应管γ辐照总剂量效应实验时,发现部分多栅NMOS器件辐照前后的转移特性曲线出现交叉现象,相关的解释鲜见报道。经过分析提出假设:部分多栅NMOS在γ辐照实验过程中各栅极受到剂量不均匀的辐照,导致辐照前后转移特性曲线出现交叉现象。计算机仿真结果表明:受到剂量不均匀的辐照后,多栅NMOS各栅极氧化层陷阱电荷和硅-二氧化硅界面电荷浓度不一致,使各栅极阈值电压不同步漂移,导致器件跨导退化和转移特性曲线交叉。通过仿真验证能够说明,所提出的假设合理地解释了实验中的现象。     

金属-氧化物-半导体场效应管辐射效应模型研究

基于氧化层陷阱电荷以及界面陷阱电荷的产生动力学以及辐射应力损伤的微观机理,推导出了金属-氧化物-半导体场效应管(MOSFET)中辐射应力引起的氧化层陷阱电荷、界面陷阱电荷导致的阈值电压漂移量与辐射剂量之间定量关系的模型. 根据模型可以得到:低剂量情况下,氧化层陷阱电荷与界面陷阱电荷导致的阈值电压漂移量与辐射剂量成正比;高剂量情况下,氧化层陷阱电荷导致的阈值电压漂移量发生饱和, 其峰值与辐射剂量无关,界面陷阱电荷导致的阈值电压漂移量与辐射剂量呈指数关系. 另外,模型还表明氧化层陷阱电荷与界面陷阱电荷在不同的辐射剂量点开始产生饱和现象, 其中界面陷阱电荷先于氧化层陷阱电荷产生饱和现象.最后,用实验验证了该模型的正确性. 该模型可以较为准确地预测辐射应力作用下MOSFET的退化情况.     

Study of total ionizing dose radiation effects on enclosed gate transistors in a commercial CMOS technology

This paper studies the total ionizing dose radiation effects on MOS (metal-oxide-semiconductor) transistors with normal and enclosed gate layout in a standard commercial CMOS (compensate MOS) bulk process. The leakage current, threshold voltage shift, and transconductance of the devices were monitored before and after $\gamma $-ray irradiation. The parameters of the devices with different layout under different bias condition during irradiation at different total dose are investigated. The results show that the enclosed layout not only effectively eliminates the leakage but also improves the performance of threshold voltage and transconductance for NMOS (n-type channel MOS) transistors. The experimental results also indicate that analogue bias during irradiation is the worst case for enclosed gate NMOS. There is no evident different behaviour observed between normal PMOS (p-type channel MOS) transistors and enclosed gate PMOS transistors.     

埋氧注氮工艺对部分耗尽SOI PMOSFET顶栅氧的辐射硬度的影响

研究了埋氧注氮对部分耗尽SOI PMOSFET顶栅氧的总剂量辐射硬度所造成的影响。注入埋氧的氮剂量分别是8×1015 , 2×1016 和1×1017cm-2。实验结果表明，辐照前，晶体管的阈值电压随氮注入剂量的增加向负方向漂移。在正2V的栅偏压下，经5×105 rad(Si)的总剂量辐照后，同埋氧未注氮的晶体管相比，埋氧注氮剂量为8×1015 cm-2的晶体管呈现出了较小的阈值电压漂移量。然而，当注氮剂量高达2×1016 和 1×1017cm-2时，所测大多数晶体管的顶栅氧却由于5×105 rad(Si)的总剂量辐照而受到了严重损伤。另外，对于顶栅氧严重受损的晶体管，其体-漏结也受到了损伤。所有的实验结果可通过氮注入过程中对顶硅的晶格损伤来解释。     

Low temperature transport properties of thin SOI MOSFETs

Fabrication and 4.2 K mobility measurements of silicon-on-insulator (SOI) metal–oxide-field-effect-transistors are reported. The three sets of samples fabricated in this work include devices for which the SOI film thicknesses (t_SOI) are in the ranges of 10–15, 16–19 and 56–61 nm. The peak mobility of the devices that have the SOI film thickness above 16.5 nm is 1.9 m²/V s. The set of devices with thinnest channel (t_SOI=10–15 nm) suggest that the peak mobility decreases with decreasing t_SOI.     

Pulsed laser induced damage in SOI material

Laser-induced damage in silicon-on-insulator (SOI) material is investigated with 1064 nm laser pulses. As the laser pulse duration is increased from 190 ps to 1.14 s, the damage threshold of SOI material decreases from 1.3×10¹⁰ to 7.7×10³ W/cm² in laser flux. It is found that the damage threshold varies inversely as the pulse duration for a short irradiation time, and is independent of pulse duration for a long irradiation time. The time dependence is in good agreement with a thermal model which well describes the thermal-induced damage in a semi-finite material irradiated by a Gaussian laser beam. The values of absorption coefficient and thermal conductivity under laser irradiation are calculated as 1.1×10³ cm^?1 and 0.18 Wcm^?1 K^?1, respectively, by fitting the model to the experimental results. These results on material damage can be used to predict the damage thresholds of SOI-based devices.     

总剂量效应致0.13μm部分耗尽绝缘体上硅N型金属氧化物半导体场效应晶体管热载流子增强效应

空间科学的进步对航天用电子器件提出了更高的性能需求, 绝缘体上硅(SOI)技术由此进入空间科学领域, 这使得器件的应用面临深空辐射环境与地面常规可靠性的双重挑战. 进行SOI N型金属氧化物半导体场效应晶体管电离辐射损伤对热载流子可靠性的影响研究, 有助于对SOI器件空间应用的综合可靠性进行评估. 通过预辐照和未辐照、不同沟道宽长比的器件热载流子试验结果对比, 发现总剂量损伤导致热载流子损伤增强效应, 机理分析表明该效应是STI辐射感生电场增强沟道电子空穴碰撞电离率所引起. 与未辐照器件相比, 预辐照器件在热载流子试验中的衬底电流明显增大, 器件的转移特性曲线、输出特性曲线、跨导特性曲线以及关键电学参数V_T, GM_max, ID_SAT退化较多. 本文还对宽沟道器件测试中衬底电流减小以及不连续这一特殊现象进行了讨论.     

SOI MOSFET转移特性中的深度饱和现象研究

关键词：     

Gamma-ray irradiation effects on distributed-feedback laser diodes

Since laser diodes are increasingly used in harsh environments, the effect of irradiation on their performance attracts a lot of attention. We perform experiments for investigating the irradiation effects on laser diodes with distributed feedback operating at 1550 nm output wavelength with 2 mW output power. The radiation source is Co⁶⁰ gamma ray with a dose rate of 0.5 Gy/s and the dose range within 10² – 8 ∙ 10³ Gy. We study experimentally the threshold current, slope efficiency, and spectrum versus the variations in total dose. The results show that the threshold current increases exponentially and the slope efficiency decreases with increase in total dose. In addition, some sharp peaks appear in the spectrum at small driving current, and the spectrum broadens when the driving current increases and, meanwhile, the peak blue shift is observed. The spectrum can be recovered after annealing for 12 hours and when a greater driving current is applied.     

应变Si1－xGex/(111)Si空穴有效质量模型

利用应变Si_1-xGe_x/(111)Si材料价带E(k)-k关系,研究获得了沿不同晶向的空穴有效质量,并在此基础上,建立了空穴各向同性有效质量模型.结果表明,与弛豫材料相比,应变Si_1-xGe_x/(111)Si材料价带带边空穴有效质量各向异性更加显著,带边空穴各向同性有效质量随Ge组分明显减小.该研究成果可为Si基应变PM 关键词： 1-xGe_x')" href="#">应变Si_1-xGe_x 空穴有效质量 价带