基于SOI技术的单层多晶EEPROM和SONOS EEPROM抗总剂量辐照特性研究

在自行研发的0.8 μm SOI工艺平台上开发了基于SOI技术的单层多晶硅EEPROM(electrically erasable programmable read only memory)和SONOS (silicon-oxide-nitride-oxide-silicon)EEPROM,并进行了抗总剂量辐照实验研究,分析了各种EEPROM结构在抗总剂量辐照下的失效机理.结果表明基于SOI 技术的SONOS EEPROM具有良好的抗总剂量辐照性能,为抗辐照EEPROM电路中的存储单元结构选取提供了依据. 关键词： EEPROM SOI SONOS 辐照 浮栅     

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.     

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.     

采用硅离子注入改进SIMOX埋氧的抗总剂量辐射性能研究

采用硅离子注入工艺对注氧隔离(SIMOX)的绝缘体上硅(SOI)材料进行改性, 在改性材料和标准SIMOX材料上制作了部分耗尽环型栅NMOS/SOI晶体管, 并对其进行⁶⁰Co γ射线总剂量辐照试验. 通过背栅的I-V特性表征晶体管的总剂量辐照特性. 结果表明, 在埋氧层注硅可以降低NMOS/SOI受辐照引起的背栅阈值电压漂移, 提高埋氧层的抗总剂量能力.     

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     

增强型Cascode结构氮化镓功率器件的高能质子辐射效应研究

针对增强型共栅共源(Cascode)级联结构和耗尽型AlGaN/GaN功率器件,利用60 MeV能量质子开展辐射效应研究.获得了经质子辐照后器件电学性能的退化规律,并与常规耗尽型HEMTs器件辐照后的电学性能进行了比较,发现增强型Cascode结构器件对质子辐照更加敏感,分析认为级联硅基MOS管的存在是其对质子辐照敏感的主要原因.质子辐照使硅基MOS管栅氧化层产生大量净的正电荷,诱导发生电离损伤效应,使其出现阈值电压负向漂移及栅泄漏电流增大等现象.利用等效(60 MeV能量质子,累积注量1×10¹² p/cm²)剂量的⁶⁰Co γ射线辐射器件得到电离损伤效应结果,发现器件的电学性能退化规律与60 MeV能量质子辐照后的退化规律一致.通过蒙特卡罗模拟得到质子入射在Cascode型器件内诱导产生的电离能损和非电离能损,模拟结果表明电离能损是导致器件性能退化的主要原因.     

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.     

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。     

栅长对PDSOINMOS器件总剂量辐照效应影响的实验研究

本文对PDS01NMOS器件进行了60Coγ射线总剂量辐照的实验测试,分析了不同的栅长对器件辐射效应的影响及其物理机理．研究结果表明,短沟道器件辐照后感生的界面态密度更大,使器件跨导出现退化．PDSOI器件的局部浮体效应是造成不同栅长器件辐照后输出特性变化不一致的主要原因．短沟道器件输出特性的击穿电压更低．在关态偏置条件下,由于背栅晶体管更严重的辐射效应,短沟道SOI器件的电离辐射效应比同样偏置条件下长沟道器件严重．     

超深亚微米PMOS器件的NBTI退化机理

对超深亚微米PMOS器件的负栅压温度不稳定性(NBTI)退化机理进行了研究.主要集中在对器件施加NBT和随后的PBT应力后器件阈值电压的漂移上.实验证明反型沟道中空穴在栅氧中的俘获以及氢分子在栅氧中的扩散是引起NBTI退化的主要原因.当应力条件变为PBT时，陷落的空穴可以快速退陷，但只有部分氢分子可以扩散回栅氧与衬底界面钝化硅悬挂键，这就导致了PBT条件下阈值电压只能部分恢复. 关键词： 超深亚微米PMOS器件 负偏压温度不稳定性 界面陷阱 氢气     

Degradation of gate-recessed MOS-HEMTs and conventional HEMTs under DC electrical stress

The performance degradation of gate-recessed metal–oxide–semiconductor high electron mobility transistor(MOSHEMT) is compared with that of conventional high electron mobility transistor(HEMT) under direct current(DC) stress,and the degradation mechanism is studied. Under the channel hot electron injection stress, the degradation of gate-recessed MOS-HEMT is more serious than that of conventional HEMT devices due to the combined effect of traps in the barrier layer, and that under the gate dielectric of the device. The threshold voltage of conventional HEMT shows a reduction under the gate electron injection stress, which is caused by the barrier layer traps trapping the injected electrons and releasing them into the channel. However, because of defects under gate dielectrics which can trap the electrons injected from gate and deplete part of the channel, the threshold voltage of gate-recessed MOS-HEMT first increases and then decreases as the conventional HEMT. The saturation phenomenon of threshold voltage degradation under high field stress verifies the existence of threshold voltage reduction effect caused by gate electron injection.     

0.25-μm PMOSFETs中热载流子的退化特性和解释

本文研究了深亚微米PMOSFETs的热载流子效应。研究发现热载流子效应包括界面态的产生和氧化层中固定正电荷的形成。通过实验证明了深亚微米PMOSFETs中这两种机制的重要性。首先，氧化层固定正电荷的产生在深亚微米PMOSFETs中起作用，使得器件的阈值电压退化，最终限制了表面沟道晶体管的使用寿命。对于先进的模拟和混合信号的应用，工艺和器件的可靠性必须按照阈值电压的漂移重新定义，而不仅仅依照跨导的退化或者栅氧化层的寿命来定义。其次，空穴注入产生的界面态也影响器件的特性。推断了热载流子效应的形成过程。     

随机阈值冲击模型金属化膜脉冲电容器可靠性分析

基于惯性约束聚变强激光装置中金属化膜脉冲电容器"自愈"的失效机理,提出了更为适合的冲击模型金属化膜脉冲电容器可靠性评估方法。现有的加速退化试验中,失效阈值往往是事先确定的,但考虑可靠性产品个体差异及环境影响的不同,这是不合理的,针对此问题提出了基于随机阈值的冲击模型金属化膜脉冲电容器退化建模的方法。由于模型过于复杂,采用MCMC方法进行参数估计。最后通过对电容器的仿真实验,将随机阈值下的评估结果与固定阈值的情况相对比,说明了该模型和方法的合理性,并进一步分析了不同的阈值分布均值和方差对产品可靠性的影响。     

HL-2A装置上边界间歇性事件与湍流粒子输运的统计学研究

通过对粒子概率分布函数的计算，发现在高等离子体密度下边界间歇性事件的爆发频率有所增加。通过条件平均的手段，正负间歇性事件得以区分，并发现了二者在空间上的不同特征。不同密度梯度下的湍流粒子输运计算表明，间歇性事件与湍流粒子输运之间存在密切联系，间歇性事件的存在能够大大增加湍流粒子输运的大小。在高等离子体密度时，间歇性事件的强度有所增加，而与之相应地，湍流粒子输运的大小也有所增强。     

Continuous tuning of the threshold voltage of organic thin-film transistors by a chemically reactive interfacial layer

For the design and manufacture of complex integrated circuits, control over the threshold voltage of the transistors is essential. In the present contribution, we present a non-invasive method to tune the threshold voltage of organic thin-film transistors after device assembly over a wide range without any significant degradation of the device characteristics. This is realized by incorporating a thin, chemically reactive siloxane layer bonded to the gate oxide. This results in threshold voltages of around 70 V in the as-prepared devices. By exposing a transistor modified in this way to ammonia at different concentrations, the threshold voltage can be tuned in steps of only a few volts. This treatment affects only the charge density at the semiconductor–dielectric interface, leaving the overall shape of the transistor characteristics and the charge-carrier mobility largely unaltered.     

经典漂移对EAST钨杂质产生和输运特性影响的模拟研究

本文采用蒙特卡罗杂质输运程序DIVIMP，针对先进实验超导托卡马克(EAST)的上单零位形放电，模拟研究了不同漂移情况下(无漂移、离子BíB漂移向下/上)的钨杂质产生和输运特性。结果表明，经典漂移显著影响了钨杂质自偏滤器靶板的溅射通量及其在上游区域的含量。     

高功率微波作用下热载流子引起n型金属-氧化物-半导体场效应晶体管特性退化研究

高功率微波(HPM)通过使半导体器件特性退化和功能失效,从而干扰电子系统无法正常工作. 针对金属氧化物半导体(MOS)器件的HPM效应, 建立了高功率微波引起n型金属氧化物半导体场效应晶体管(nMOSFET)特性退化的物理过程与模型. 器件仿真结果中nMOSFET的输出特性曲线显示栅极注入HPM引起器件特性退化,包括阈值电压正向漂移、 饱和电流减小、跨导减小等;结合物理模型分析可知, HPM引起的高频脉冲电压使器件进入深耗尽状态, 热载流子数目增多,热载流子效应导致器件特性退化. MOS器件的HPM注入实验结果显示,器件特性曲线、器件模型参数变化趋势与仿真结果一致, 验证了HPM引起nMOSFET特性退化的物理过程与模型.     

$lt;i$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     

红外恒星辐射在标校中的应用研究

地基测量设备在出厂前通常进行精确的实验室标定,但是实际使用过程中,测量环境、使用时间,以及器件本身老化等因素使得设备输出响应发生变化,影响测量精度,因此需要定期对设备进行现场标校。提出了一种利用红外标准恒星辐射光谱对地基测量设备（主要是光谱仪）进行辐射标校的新方法,以校准因时间、环境等因素导致的系统输出响应偏差。     

An oxide/silicon core/shell nanowire metal-oxide semiconductor field-effect transistor

This paper studies an oxide/silicon core/shell nanowire MOSFET(OS-CSNM).Through three-dimensional device simulations,we have demonstrated that the OS-CSNM has a lower leakage current and higher I on /I off ratio after introducing the oxide core into a traditional nanowire MOSFET(TNM).The oxide/silicon OS-CSNM structure suppresses threshold voltage roll-off,drain induced barrier lowering and subthreshold swing degradation.Smaller intrinsic device delay is also observed in OS-CSNM in comparison with that of TNM.