基于深亚微米工艺的栅接地NMOS静电放电保护器件衬底电阻模型研究

在考虑了电导率调制效应的情况下对深亚微米静电放电(electrostatic discharge, ESD)保护器件的衬底电阻流控电压源模型进行优化, 并根据轻掺杂体衬底和重掺杂外延型衬底的不同物理机制提出了可根据 版图尺寸调整的精简衬底电阻宏模型, 所建模型准确地预估了不同衬底 结构上源极扩散到衬底接触扩散间距变化对触发电压V_t1的影响. 栅接地n型金属氧化物半导体器件的击穿特性结果表明, 所提出的衬底电阻模 型与实验结果符合良好, 且仿真时间仅为器件仿真软件的7%, 为ESD保护器件版 图优化设计提供了方法支持. 关键词： 栅接地n型金属氧化物半导体器件 静电放电 衬底电阻模型     

基于环形栅和半环形栅N沟道金属氧化物半导体晶体管的总剂量辐射效应研究

在商用0.35 μm互补金属氧化物半导体工艺上制备了两种栅氧化层厚度(t_ox)的条形栅、环形栅和半环形栅N沟道金属氧化物半导体 (n-channel metal oxide semiconductor, 简记为NMOS) 晶体管, 并进行了2000 Gy(Si)的总剂量辐射效应实验. 实验结果显示, 栅氧厚度对阈值电压漂移的影响大于栅氧厚度的3次方. 对于t_ox为11 nm的低压NMOS晶体管, 通过环形栅或半环形栅的加固方式能将其抗总剂量辐射能力从300 Gy(Si)提高到2000 Gy(Si)以上; 而对于t_ox为26 nm的高压NMOS晶体管, 通过环栅或半环栅的加固方式, 则只能在低于1000 Gy(Si)的总剂量下, 一定程度地抑制截止漏电流的增加. 作为两种不同的版图加固方式, 环形栅和半环形栅对同一t_ox的NMOS器件加固效果类似, 环形栅的加固效果略优于半环形栅. 对于上述实验结果, 进行了理论分析并阐释了产生这些现象的原因. 关键词： 环形栅 半环形栅 总剂量 辐射效应     

基于TLP建模的系统级静电放电效应仿真

系统级静电放电(ESD)效应仿真可以在电子系统进行测试之前进行有效的静电放电效应防护,缩短研发周期。根据传输线脉冲测试(TLP)结果,对瞬态电压抑制(TVS)二极管和芯片引脚进行spice行为建模,结合ESD脉冲源的等效电路模型,PCB板的S参数模型,采用场路协同技术完成了系统级静电放电效应的仿真。针对一个典型的电子系统,在IEC 61000-4-2 ESD应力作用下,完成了一款开关芯片防护电路的仿真,并对电路进行了加工、放电测试,仿真与测试芯片引脚的电压波形吻合良好,验证了该仿真方法的有效性。     

栅耦合型静电泄放保护结构设计

提出了一种新型栅耦合型静电泄放(ESD)保护器件——压焊块电容栅耦合型保护管.该结构不仅解决了原有栅耦合型结构对特定ESD冲击不能及时响应的问题，而且节省了版图面积，提高了ESD失效电压.0.5 μm标准互补型金属氧化物半导体工艺流片测试结果表明，该结构人体模型ESD失效电压超过8 kV.给出了栅耦合型ESD保护结构中ESD检测结构的设计方法，能够精确计算检测结构中电容和电阻的取值. 关键词： 静电泄放 栅耦合 金属氧化物半导体场效应管 压焊块电容     

InGaZnO薄膜晶体管背板的栅极驱动电路静电释放失效研究

本文通过解析阵列基板栅极驱动(gate driver on array, GOA)电路中发生静电释放(electro-static discharge,ESD)的InGaZnO薄膜晶体管(InGaZnO thin-film transistor, IGZO TFT)器件发现:栅极Cu金属扩散进入了SiN_x/SiO_2栅极绝缘层;源漏极金属层成膜前就发生了ESD破坏;距离ESD破坏区域越近的IGZO TFT,电流开关比越小,直到源漏极与栅极完全短路.本文综合IGZO TFT器件工艺、GOA区与显示区金属密度比、栅极金属层与绝缘层厚度非均匀性分布等因素,采用ESD器件级分析与系统级分析相结合的方法,提出栅极Cu:SiN_x/SiO_2界面缺陷以及这三层薄膜的厚度非均匀分布是导致GOA电路中沟道宽长比大的IGZO TFT发生ESD失效的关键因素,并针对性地提出了改善方案.     

辐照下背栅偏置对部分耗尽型绝缘层上硅器件背栅效应影响及机理分析

基于部分耗尽型绝缘层上硅（SOI）器件的能带结构,从电荷堆积机理的电场因素入手,为改善辐照条件下背栅Si/SiO₂界面的电场分布,将半导体金属氧化物（MOS）器件和平板电容模型相结合,建立了背栅偏置模型.为验证模型,利用合金烧结法将背栅引出加负偏置,对NMOS和PMOS进行辐照试验,得出:NMOS背栅接负压,可消除背栅效应对器件性能的影响,改善器件的前栅I-V特性;而PMOS背栅接负压,则会使器件的前栅I-V性能恶化.因此,在利用背栅偏置技术改善SOI/NMOS器件性能的同时,也需要考虑背栅偏置对PMOS的影响,折中选取偏置电压.该研究结果为辐照条件下部分耗尽型SOI/MOS器件背栅效应的改善提供了设计加固方案,也为宇航级集成电路设计和制造提供了理论支持.     

高k栅介质对肖特基源漏超薄体SOI MOSFET性能的影响

研究了高k栅介质对肖特基源漏超薄体SOI MOSFET性能的影响.随着栅介质介电常数增大,肖特基源漏(SBSD) SOI MOSFET的开态电流减小,这表明边缘感应势垒降低效应(FIBL)并不是对势垒产生影响的主要机理.源端附近边缘感应势垒屏蔽效应(FIBS)是SBSD SOI MOSFET开态电流减小的主要原因.同时还发现,源漏与栅是否对准,高k栅介质对器件性能的影响也不相同.如果源漏与栅交叠,高k栅介质与硅衬底之间加入过渡层可以有效地抑制FIBS效应.如果源漏偏离栅,采用高k侧墙并结合堆叠栅结构,可以提高驱动电流.分析结果表明,来自栅极的电力线在介电常数不同的材料界面发生两次折射.根据结构参数的不同可以调节电力线的疏密,从而达到改变势垒高度,调节驱动电流的目的. 关键词： k栅介质')" href="#">高k栅介质 肖特基源漏(SBSD) 边缘感应势垒屏蔽(FIBS) 绝缘衬底上的硅(SOI)     

高k栅介质对肖特基源漏超薄体SOI MOSFET性能的影响

研究了高k栅介质对肖特基源漏超薄体SOI MOSFET性能的影响.随着栅介质介电常数增大,肖特基源漏(SBSD)SOI MOSFET的开态电流减小,这表明边缘感应势垒降低效应(FIBL)并不是对势垒产生影响的主要机理.源端附近边缘感应势垒屏蔽效应(FIBS)是SBSD SOI MOSFET开态电流减小的主要原因.同时还发现,源漏与栅是否对准,高k栅介质对器件性能的影响也小相同.如果源漏与栅交叠,高k栅介质与硅衬底之间加入过渡层可以有效地抑制FIBS效应.如果源漏偏离栅,采用高k侧墙并结合堆叠栅结构,可以提高驱动电流.分析结果表明,来自栅极的电力线在介电常数不同的材料界面发生两次折射.根据结构参数的不同可以调节电力线的疏密,从而达到改变势垒高度,调节驱动电流的目的.     

高迁移率Ge沟道器件研究进展

高迁移率Ge沟道器件由于其较高而且更对称的载流子迁移率, 成为未来互补型金属-氧化物-半导体(CMOS) 器件极有潜力的候选材料. 然而, 对于Ge基MOS器件, 其栅、源漏方面面临的挑战严重影响了Ge基MOS 器件性能的提升, 尤其是Ge NMOS器件. 本文重点分析了Ge基器件在栅、源漏方面面临的问题, 综述了国内外研究者们提出的不同解决方案, 在此基础上提出了新的技术方案. 研究结果为Ge基MOS 器件性能的进一步提升奠定了基础.     

铟镓锌氧薄膜晶体管的悬浮栅效应研究

为了避免光照对铟镓锌氧薄膜晶体管(InGaZnO thin film transistors,IGZO TFTs)电学特性的影响,IGZO TFT要增加遮光金属层.本文研究了遮光金属栅极悬浮时,IGZO TFT的输出特性.采用器件数值计算工具TCAD(technology computer-aided design)分析了IGZO层与栅介质层界面处电势分布,证实了悬浮栅(floating gate,FG)IGZO TFT输出曲线的不饱和现象是由悬浮栅与TFT漏端的电容耦合造成.基于等效电容的电压分配方法,提出了悬浮栅IGZO TFT电流的一阶模型.TCAD数值分析及一阶物理模型结果与测试具有较高程度的符合,较完整地解释了悬浮栅IGZO TFT的电学特性.     

Effect of gate length on breakdown voltage in AlGaN/GaN high-electron-mobility transistor

The effects of gate length L_G on breakdown voltage VBRare investigated in AlGaN/GaN high-electron-mobility transistors(HEMTs) with L_G= 1 μm~20 μm. With the increase of L_G, VBRis first increased, and then saturated at LG= 3 μm. For the HEMT with L_G= 1 μm, breakdown voltage VBRis 117 V, and it can be enhanced to 148 V for the HEMT with L-_G= 3 μm. The gate length of 3 μm can alleviate the buffer-leakage-induced impact ionization compared with the gate length of 1 μm, and the suppression of the impact ionization is the reason for improving the breakdown voltage.A similar suppression of the impact ionization exists in the HEMTs with LG 3 μm. As a result, there is no obvious difference in breakdown voltage among the HEMTs with LG= 3 μm~20 μm, and their breakdown voltages are in a range of 140 V–156 V.     

0.18μm CMOS工艺栅极氧化膜可靠性的衬底和工艺依存性

用斜坡电压法(Voltage Ramp, V-ramp)评价了0.18μm双栅极 CMOS工艺栅极氧化膜击穿电量(Charge to Breakdown, Q_bd)和击穿电压(Voltage to Breakdown, V_bd). 研究结果表明，低压器件(1.8V)的栅极氧化膜(薄氧)p型衬底MOS电容和N型衬底电容的击穿电量值相差较小，而高压器件(3.3V)栅极氧化膜(厚氧)p衬底MOS电容和n衬底MOS电容的击穿电量值相差较大，击穿电压测试值也发现与击穿电量 关键词： 薄氧 可靠性 击穿电压 击穿电量     

Low-parasitic ESD protection strategy for RF ICs in 0.35μm CMOS process

A systemic and comprehensive ESD-induced parasitic model is presented in this paper, which is used to analyse the parasitic influences of electrostatic discharge (ESD) protection circuits on the performance of radio frequency applications. A novel low-parasitic ESD protection structure is made in a 0.35\mum 1P3M silicide CMOS process. The measured results show that this novel structure has a low parasitic capacitance about 310fF and a low leakage current about 12.2nA with a suitable ESD robustness target about 5kV human body model.     

基于窄脉冲传输的脉冲展宽IGBT驱动电路

设计了一种采用高压隔离脉冲变压器传输窄脉冲,然后应用脉冲展宽电路实现宽脉冲驱动信号输出的无源IGBT驱动电路。采用正电压turn-on窄脉冲和负电压turn-off窄脉冲组合传输的方式以减小高压隔离脉冲变压器的体积和重量,脉冲展宽电路使IGBT在turn-on脉冲上升沿导通,在turn-off脉冲上升沿关断,且其具备储能功能,无需高压隔离辅助直流电源为其供电。脉冲信号发生电路和过流保护电路耦合设计,使IGBT在正常关断和过流保护关断情况下,其栅极都处于反压偏置状态,以提高IGBT关断的快速性和可靠性。将驱动电路用于级联Marx高压电路中IGBT开关的驱动,turn-on脉冲和turn-off脉冲的脉宽均选择为2 μs,结果表明,Marx电路在输出脉冲电压峰值为20 kV时工作稳定,且脉宽在3.5~50 μs之间连续可调,等离子体负载下的输出电压和电流波形显示,打火情况发生时,过流保护电路工作稳定可靠。该驱动电路可有效实现宽脉冲驱动信号的产生,具有较强的可靠性和实用性。     

Optimization of broadband RF performance and ESD robustness by π-model distributed ESD protection scheme

Large electrostatic discharge (ESD) protection devices close to the I/O pins, beneficial for ESD protection, have an adverse effect on the performance of broadband radio-frequency (RF) circuits for impedance mismatch and bandwidth degradation. A new proposed ESD protection structure, $\pi$-model distributed ESD ($\pi$-DESD) protection circuit, composed of one pair of ESD devices near the I/O pin, the other pair close to the core circuit, and a coplanar waveguide with under-grounded shield (CPWG) connecting these two pairs, can successfully achieve both excellent ESD robustness and good broadband RF performance. Cooperating with the active power-rail ESD clamp circuit, the experimental chip in a 0.25-μm CMOS process can sustain the human-body-model (HBM) ESD stress of 8 kV.     

电极布局对硅LED性能的影响

采用0.35μm双栅标准CMOS工艺设计和制备了叶型硅发光器件.叶型硅发光器件由3个楔型器件的组合而成,pn结结构为n阱/p+结.使用奥林巴斯IC显微镜测得了器件的显微图形,并对器件进行了电学特性测试.器件工作在雪崩击穿下,开启电压为8.8 V,能够发出黄色可见光;正向偏置下,器件开启电压为0.8 V.在与已经制备的楔...     

高光电探测效率CMOS单光子雪崩二极管器件

基于0.18μm CMOS工艺技术,制作了单光子雪崩二极管,可对650~950nm波段的微弱光进行有效探测.该器件采用P~+/N阱结构,P~+层深度较深,以提高对长光波的光子探测效率与响应度;采用低掺杂深N阱增大耗尽层厚度,可以提高探测灵敏度;深N阱与衬底形成的PN结可有效隔离衬底,降低衬底噪声;采用P阱保护环结构以预防过早边缘击穿现象.通过理论分析确定器件的基本结构参数及工艺参数,并对器件性能进行优化设计.实验结果表明,单光子雪崩二极管的窗口直径为10μm,器件的反向击穿电压为18.4V左右.用光强为0.001 W/cm~2的光照射,650nm处达到0.495A/W的响应度峰值;在2V的过偏压下,650~950nm波段范围内光子探测效率均高于30%,随着反向偏压的适当增大,探测效率有所提升.     

具有高阈值电压和大栅压摆幅的常关型槽栅AlGaN/GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管

介绍了一种具有高阈值电压和大栅压摆幅的常关型槽栅AlGaN/GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管。采用原子层淀积(ALD)方法实现Al₂O₃栅介质的沉积。槽栅常关型AlGaN/GaN MOS-HEMT的栅长(L_g)为2 μm,栅宽(W_g)为0.9 mm(0.45 mm×2),栅极和源极(L_gs)之间的距离为5 μm,栅极和漏极(L_gd)之间的距离为10 μm。在栅压为－20 V时,槽栅常关型AlGaN/GaN MOS-HEMT的栅漏电仅为0.65 nA。在栅压为+12 V时,槽栅常关型AlGaN/GaN MOS-HEMT的栅漏电为225 nA。器件的栅压摆幅为－20~+12 V。在栅压V_gs=+10 V时,槽栅常关型AlGaN/GaN MOS-HEMT电流和饱和电流密度分别达到了98 mA和108 mA/mm (W_g=0.9 mm), 特征导通电阻为4 mΩ·cm²。槽栅常关型AlGaN/GaN MOS-HEMT的阈值电压为+4.6 V,开启与关断电流比达到了5×10⁸。当V_ds=7 V时,器件的峰值跨导为42 mS/mm (W_g=0.9 mm,V_gs=+10 V)。在V_gs=0 V时,栅漏间距为10 μm的槽栅常关型AlGaN/GaN MOS-HEMT的关断击穿电压为450 V,关断泄露电流为0.025 mA/mm。     

隧道场效应晶体管静电放电冲击特性研究

随着器件尺寸的不断减小,集成度的逐步提高,功耗成为了制约集成电路产业界发展的主要问题之一.由于通过引入带带隧穿机理可以实现更小的亚阈值斜率,隧道场效应晶体管(TFET)器件已成为下一代集成电路的最具竞争力的备选器件之一.但是TFET器件更薄的栅氧化层、更短的沟道长度容易使器件局部产生高的电流密度、电场密度和热量,使得其更容易遭受静电放电(ESD)冲击损伤.此外,TFET器件基于带带隧穿机理的全新工作原理也使得其ESD保护设计面临更多挑战.本文采用传输线脉冲的ESD测试方法深入分析了基本TFET器件在ESD冲击下器件开启、维持、泄放和击穿等过程的电流特性和工作机理.在此基础之上,给出了一种改进型TFET抗ESD冲击器件,通过在源端增加N型高掺杂区,有效的调节接触势垒形状,降低隧穿结的宽度,从而获得更好的ESD设计窗口.