总剂量辐照下沟道长度对部分耗尽绝缘体上硅p型场效应晶体管电特性的影响

本文通过实验研究了0.8μm PD(Partially Depleted)SOI(Silicon-On-Insulator)p型Metal-oxidesemiconductor-feld-efect-Transistor(MOSFET)经过剂量率为50 rad(Si)/s的60Coγ射线辐照后的总剂量效应,分析了沟道长度对器件辐照效应的影响.研究结果表明:辐照总剂量相同时,短沟道器件的阈值电压负向漂移量比长沟道器件大,最大跨导退化的更加明显.通过亚阈值分离技术分析得到,氧化物陷阱电荷是引起阈值电压漂移的主要因素.与长沟道器件相比,短沟道器件辐照感生的界面陷阱电荷更多.     

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     

部分耗尽SOI MOSFET总剂量效应与偏置状态的关系

实验表明SOI MOSFET掩埋氧化层中的总剂量辐射效应与辐射过程中的偏置状态有关. 对诱发背沟道泄漏电流的陷阱电荷进行了研究. 建立一个数值模型来模拟不同偏置下陷进电荷的建立, 它包括辐射产生的载流子复合和俘获的过程. 模拟结果与实验结果相符, 解释了总剂量辐射效应受偏置状态影响的机理.     

高k栅介质小尺寸全耗尽绝缘体上锗p型金属氧化物半导体场效应晶体管漏源电流模型

通过求解沟道的二维泊松方程得到沟道表面势和沟道反型层电荷,建立了高k栅介质小尺寸绝缘体上锗(Ge OI)p型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)的漏源电流解析模型.模型包括了速度饱和效应、迁移率调制效应和沟长调制效应,同时考虑了栅氧化层和埋氧层与沟道界面处的界面陷阱电荷、氧化层固定电荷对漏源电流的影响.在饱和区和非饱和区,漏源电流模拟结果与实验数据符合得较好,证实了模型的正确性和实用性.利用建立的漏源电流模型模拟分析了器件主要结构和物理参数对跨导、漏导、截止频率和电压增益的影响,对Ge OI PMOSFET的设计具有一定的指导作用.     

高$lt;i$gt;k$lt;/i$gt;栅介质小尺寸全耗尽绝缘体上锗p型金属氧化物半导体场效应晶体管漏源电流模型

通过求解沟道的二维泊松方程得到沟道表面势和沟道反型层电荷, 建立了高k栅介质小尺寸绝缘体上锗(GeOI) p型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)的漏源电流解析模型. 模型包括了速度饱和效应、迁移率调制效应和沟长调制效应, 同时考虑了栅氧化层和埋氧层与沟道界面处的界面陷阱电荷、氧化层固定电荷对漏源电流的影响. 在饱和区和非饱和区, 漏源电流模拟结果与实验数据符合得较好, 证实了模型的正确性和实用性. 利用建立的漏源电流模型模拟分析了器件主要结构和物理参数对跨导、漏导、截止频率和电压增益的影响, 对GeOI PMOSFET的设计具有一定的指导作用. 关键词： 绝缘体上锗p型金属氧化物半导体场效应晶体管 漏源电流模型 跨导 截止频率     

基于栅控横向PNP双极晶体管的氢氛围中辐照损伤机制

为了研究氢气与辐射感生产物之间的作用关系,以栅控横向PNP双极晶体管为研究对象,分别开展了氢气氛围中浸泡后的辐照实验和辐照后氢气氛围中退火实验,结果表明:氢气进入双极晶体管后会使其辐照损伤增强,并且未浸泡器件辐照后在氢气中退火也会使晶体管辐射损伤增强.基于栅扫描法分离的辐射感生产物结果表明,氢气进入晶体管会使得界面陷阱增多,氧化物陷阱电荷减少,主要原因是氢气进入氧化层会与辐射产生的氧化物陷阱电荷发生反应,产生氢离子,从而使界面陷阱增多.基于该反应机理,建立了包含氢气反应和氢离子产生机制的低剂量率辐照损伤增强效应数值模型,模型仿真得到的界面陷阱及氧化物陷阱电荷面密度数量级和变化趋势均与实验结果一致,进一步验证了氢气在双极器件中辐照反应机理的正确性,为双极器件辐照损伤机制研究和在氢氛围中浸泡作为低剂量率辐射损伤增强效应加速评估方法的建立提供了参考和理论支撑.     

pMOS器件直流应力负偏置温度不稳定性效应随器件基本参数变化的分析

应用负偏置温度不稳定性(negative bias temperature instability,NBTI),退化氢分子的漂移扩散模型,与器件二维数值模拟软件结合在一起进行计算,并利用已有的实验数据和基本器件物理和规律,分析直流应力NBTI效应随器件沟道长度、栅氧层厚度和掺杂浓度等基本参数的变化规律,是研究NBTI可靠性问题发生和发展机理变化的一种有效方法.分析结果显示,NBTI效应不受器件沟道长度变化的影响,而主要受到栅氧化层厚度变化的影响;栅氧化层厚度的减薄和栅氧化层电场增强的影响是一致的,决定了器件退化按指数规律变化;当沟道掺杂浓度提高,NBTI效应将减弱,这是因为器件沟道表面空穴浓度降低引起的;然而当掺杂浓度提高到器件的源漏泄漏电流很小时(小泄露电流器件),NBTI效应有明显的增强.这些结论对认识NBTI效应的发展规律以及对高性能器件的设计具有重要的指导意义.     

偏置条件对SOINMOS器件总剂量辐照效应的影响

本文研究了0．8μmSOINMOS晶体管，经剂量率为50rad（Si）／s的60Coγ射线辐照之后的总剂量效应，分析了器件在不同辐照条件和测量偏置下的辐照响应特性．研究结果表明：器件辐照时的栅偏置电压越高，辐照后栅氧化层中积累的空穴陷阱电荷越多，引起的漏极泄漏电流越大．对于漏偏置为5V的器件，当栅电压大于阈值电压时，前栅ID-VG特性曲线中的漏极电流因碰撞电离而突然增大，体电极的电流曲线呈现倒立的钟形．     

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.     

基于凹槽结构抑制AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管电流崩塌效应

基于双脉冲技术,研究了GaN缓冲层陷阱对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管电流崩塌效应的影响.结果表明,栅边缘漏侧的电场峰值使得沟道电子跃迁至缓冲层,并被缓冲层中的陷阱俘获是造成电流崩塌的主要原因之一.提出了势垒层局部凹槽结构,降低了栅边缘漏侧的电场峰值,使电场分布更加均匀,改善了器件的电流崩塌效应.与传统AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管结构相比,新器件结构对电流崩塌效应的抑制作用至少提升了22.30%.     

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     

部分耗尽结构绝缘体上硅器件的低频噪声特性

针对部分耗尽结构绝缘体上硅(silicon-on-insulator, SOI)器件低频噪声特性展开实验与理论研究. 实验结果表明, 器件低频噪声主要来源于SiO₂-Si界面附近缺陷态对载流子的俘获与释放过程; 基于此理论可提取前栅和背栅氧化层界面附近缺陷态密度分别为8×10¹⁷ eV^-1·cm^-3和2.76×10¹⁷ eV^-1·cm^-3. 基于电荷隧穿机理, 在考虑隧穿削弱因子、隧穿距离与时间常数之间关系的基础上, 提取了前、背栅氧化层内缺陷态密度随空间的分布情况. 此外, SOI器件沟道电流归一化噪声功率谱密度随沟道长度的增加而线性减小, 这表明器件低频噪声主要来源于沟道的闪烁噪声. 最后, 基于电荷耦合效应, 分析了背栅电压对前栅阈值电压、沟道电流以及沟道电流噪声功率谱密度的影响.     

Study on the degradation of NMOSFETs with ultra-thin gate oxide under channel hot electron stress at high temperature

This paper studies the degradation of device parameters and that of stress induced leakage current (SILC) of thin tunnel gate oxide under channel hot electron (CHE) stress at high temperature by using n-channel metal oxide semiconductor field effect transistors (NMOSFETs) with 1.4-nm gate oxides. The degradation of device parameters under CHE stress exhibits saturating time dependence at high temperature. The emphasis of this paper is on SILC of an ultra-thin-gate-oxide under CHE stress at high temperature. Based on the experimental results, it is found that there is a linear correlation between SILC degradation and V_h degradation in NMOSFETs during CHE stress. A model of the combined effect of oxide trapped negative charges and interface traps is developed to explain the origin of SILC during CHE stress.     

Total ionizing dose effect in an input/output device for flash memory

Input/output devices for flash memory are exposed to gamma ray irradiation. Total ionizing dose has been shown great influence on characteristic degradation of transistors with different sizes. In this paper, we observed a larger increase of off-state leakage in the short channel device than in long one. However, a larger threshold voltage shift is observed for the narrow width device than for the wide one, which is well known as the radiation induced narrow channel effect. The radiation induced charge in the shallow trench isolation oxide influences the electric field of the narrow channel device. Also, the drain bias dependence of the off-state leakage after irradiation is observed, which is called the radiation enhanced drain induced barrier lowing effect. Finally, we found that substrate bias voltage can suppress the off-state leakage, while leading to more obvious hump effect.     

Channel length effect in a MOSFET structure by scanning capacitance microscopy

Depth dependent carrier density and trapped charges in a metal-oxide-semiconductor field effect transistor (MOSFET) like structure have been studied using scanning capacitance microscopy (SCM). For a MOSFET structure, since minority carrier can be provided by the source and drain diffusions, its response time is shorter than that of metal-oxide-semiconductor (MOS) system. So the high frequency C-V relation is slightly different from that of MOS capacitor and shows the characteristics dependent on the channel length. Bias dependent SCM images which represent the depth dependent carrier density and detrapping time constant of trapped charges in the oxide layer were observed to see the channel effect in a MOSFET structure.     

沟道宽长比对深亚微米NMOSFET总剂量辐射与热载流子损伤的影响

本文对不同沟道宽长比的NMOSFET进行了辐射与热载流子应力的试验研究,电参数测量数据表明: 虽然两种损伤的原理具有相似之处,但总剂量辐射与热载流子的损伤表现形式及对沟道宽长比的依赖关系均不同.辐射损伤的最大特点是关态泄漏电流增加,并且损伤与沟道宽长比成反比;热载流子损伤会造成跨导等参数的显著变化,但关态泄漏电流无明显改变,并且损伤随沟道长度与宽度的减小而增大.从二者基本原理出发,结合宏观参数的表现形式,文中对辐射与热载流子损伤进行了详细分析,认为造成二者损伤差异及对沟道宽长比不同依赖关系的原因在于辐射与热载子注入引入的陷阱电荷部位不同.因此对两种损伤进行加固时应重点从器件设计尺寸、结构等方面综合考虑.     

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     

Positive gate bias stress-induced hump-effect in elevated-metal metal-oxide thin film transistors

Under the action of a positive gate bias stress, a hump in the subthreshold region of the transfer characteristic is observed for the amorphous indium–gallium–zinc oxide thin film transistor, which adopts an elevated-metal metal–oxide structure. As stress time goes by, both the on-state current and the hump shift towards the negative gate-voltage direction.The humps occur at almost the same current levels for devices with different channel widths, which is attributed to the parasitic transistors located at the channel width edges. Therefore, we propose that the positive charges trapped at the backchannel interface cause the negative shift, and the origin of the hump is considered as being due to more positive charges trapped at the edges along the channel width direction. On the other hand, the hump-effect becomes more significant in a short channel device(L = 2 μm). It is proposed that the diffusion of oxygen vacancies takes place from the high concentration source/drain region to the intrinsic channel region.     

Radiation induced inter-device leakage degradation

The evolution of inter-device leakage current with total ionizing dose in transistors in 180 nm generation technologies is studied with an N-type poly-gate field device (PFD) that uses the shallow trench isolation as an effective gate oxide. The overall radiation response of these structures is determined by the trapped charge in the oxide. The impacts of different bias conditions during irradiation on the inter-device leakage current are studied for the first time in this work, which demonstrates that the worst condition is the same as traditional NMOS transistors. Moreover, the two-dimensional technology computer-aided design simulation is used to understand the bias dependence.