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.     

质子与金属布线层核反应对微纳级静态随机存储器单粒子效应的影响分析

金属布线层对微纳级静态随机存储器(static random access memory, SRAM) 质子单粒子效应敏感性的影响值得关注. 利用Geant4针对不同能量(30 MeV, 100 MeV, 200 MeV和500 MeV)的质子与微纳级SRAM器件的核反应过程开展计算, 研究了核反应次级粒子的种类、线性能量传输值(linear energy transfer, LET)及射程情况, 尤其对高LET 值的核反应次级粒子及其射程开展了详细分析. 研究表明, 金属布线层的存在和质子能量的增大为原子序数大于或等于30的重核次级粒子的产生创造了条件, 器件体硅区中原子序数大于60的重核离子来源于质子与钨材料的核反应, 核反应过程中的特殊作用机理会生成原子序数在30至50之间的次级粒子, 且质子能量的增大有助于这种作用机理的发生, 原子序数在30至50之间的次级粒子在器件体硅区的LET值最大约为37 MeV·cm²/mg, 相应射程可达到几微米, 对于阱深在微米量级的微纳级SRAM器件而言, 有引发单粒子闩锁的可能. 研究结果为空间辐射环境中宇航器件的质子单粒子效应研究提供理论支撑.     

First principles simulation technique for characterizing single event effects

This paper develops a new simulation technique to characterize single event effects on semiconductor devices. The technique used to calculate the single event effects is developed according to the physical interaction mechanism of a single event effect. An application of the first principles simulation technique is performed to predict the ground-test single event upset effect on field-programmable gate arrays based on 0.25 μm advanced complementary metal-oxide-semiconductor technology. The agreement between the single event upset cross section accessed from a broad-beam heavy ion experiment and simulation shows that the simulation technique could be used to characterize the single event effects induced by heavy ions on a semiconductor device.     

铁电存储器中高能质子引发的单粒子功能中断效应实验研究

利用中国原子能科学研究院的中高能质子实验平台,针对两款商用铁电存储器开展了中高能质子单粒子效应实验研究,发现其中一款器件在质子辐照下发生了单粒子翻转和单粒子功能中断.本文主要针对单粒子功能中断效应展开了后续实验研究.首先通过改变质子能量对器件进行辐照,发现单粒子功能中断截面随质子能量的提高而增加.为进一步研究器件发生单粒子功能中断的机理,利用激光微束平台开展了辅助实验,对铁电存储器的单粒子功能中断效应的敏感区域进行了定位,最后发现铁电存储器单粒子功能中断是由器件外围电路发生的微锁定导致的.     

SiGe BiCMOS低噪声放大器激光单粒子效应研究

随着CMOS工艺的日益成熟和SiGe外延技术水平的不断提高, SiGe BiCMOS低噪声放大器(LNA)广泛应用于空间射频收发系统的第一级模块. SiGe HBT作为SiGe BiCMOS LNA的核心器件,天然具有优异的低温特性、抗总剂量效应和抗位移损伤效应的能力,然而,其瞬态电荷收集引起的空间单粒子效应是制约其空间应用的瓶颈问题.本文基于SiGe BiCMOS工艺低噪声放大器开展了单粒子效应激光微束实验,并定位了激光单粒子效应敏感区域.实验结果表明, SiGe HBT瞬态电荷收集是引起SiGe BiCMOS LNA单粒子效应的主要原因. TCAD模拟表明,离子在CMOS区域入射时,电离径迹会越过深沟槽隔离结构,进入SiGe HBT区域产生电子空穴对并引起瞬态电荷收集. ADS电路模拟分析表明,单粒子脉冲瞬态电压在越过第1级与第2级之间的电容时,瞬态电压峰值骤降,这表明电容在传递单粒子效应产生的瞬态脉冲过程中起着重要作用.本文实验和模拟工作为SiGe BiCMOS LNA单粒子效应抗辐射设计加固提供了技术支持.     

三维数值仿真研究锗硅异质结双极晶体管总剂量效应

为探索锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT)总剂量效应的损伤机理,采用半导体器件三维模拟工具(TCAD),建立电离辐照总剂量效应损伤模型,分析比较电离辐射在SiGe HBT不同氧化层结构的不同位置引入陷阱电荷缺陷后,器件正向Gummel特性和反向Gummel特性的退化特征,获得SiGe HBT总剂量效应损伤规律,并与⁶⁰Coγ辐照实验进行对比.结果表明:总剂量辐照在SiGe HBT器件中引入的氧化物陷阱正电荷主要在pn结附近的Si/SiO₂界面处产生影响,引起pn结耗尽区的变化,带来载流子复合增加,最终导致基极电流增大、增益下降;其中EB Spacer氧化层中产生的陷阱电荷主要影响正向Gummel特性,而LOCOS隔离氧化层中的陷阱电荷则是造成反向Gummel特性退化的主要因素.通过数值模拟分析获得的SiGe HBT总剂量效应损伤规律与不同偏置下⁶⁰Coγ辐照实验的结论符合得较好.     

Sensitivity of heavy-ion-induced single event burnout in SiC MOSFET

The energy deposition and electrothermal behavior of SiC metal-oxide-semiconductor field-effect transistor(MOSFET)under heavy ion radiation are investigated based on Monte Carlo method and TCAD numerical simulation.The Monte Carlo simulation results show that the density of heavy ion-induced energy deposition is the largest in the center of the heavy ion track.The time for energy deposition in SiC is on the order of picoseconds.The TCAD is used to simulate the single event burnout(SEB)sensitivity of SiC MOSFET at four representative incident positions and four incident depths.When heavy ions strike vertically from SiC MOSFET source electrode,the SiC MOSFET has the shortest SEB time and the lowest SEB voltage with respect to direct strike from the epitaxial layer,strike from the channel,and strike from the body diode region.High current and strong electric field simultaneously appear in the local area of SiC MOSFET,resulting in excessive power dissipation,further leading to excessive high lattice temperature.The gate-source junction area and the substrate-epitaxial layer junction area are both the regions where the SiC lattice temperature first reaches the SEB critical temperature.In the SEB simulation of SiC MOSFET at different incident depths,when the incident depth does not exceed the device's epitaxial layer,the heavy-ion-induced charge deposition is not enough to make lattice temperature reach the SEB critical temperature.     

BaZr0.45Ce0.45Y0.1O3-δ的合成及其电性能研究

采用高温固相反应制备了电导率高、化学稳定性较好的新型高温质子导体BaZr0.45Ce0.45Y0.1O3-δ材料.运用X射线衍射仪、扫描电子显微镜分别对不同烧结温度试样的晶型、微观形貌进行了表征,并应用IM6e型电化学工作站测定了其不同温度下的阻抗谱.结果表明1600℃为最佳的烧结温度,此温度烧结试样具有最高的电导率,800℃约为1.06×10-2S·cm-1,电导活化能为0.76 ev.     

浮栅ROM器件x射线剂量增强效应实验研究

给出了浮栅ROM器件在钴源和北京同步辐射装置(BSRF)3W1白光束线辐照的实验结果;比较了两种辐照的实验结果及其损伤异同性.通过实验在线测得位错误数随总剂量的变化,给出相同累积剂量时x射线辐照和γ射线辐照的总剂量效应损伤等效关系.获得了浮栅ROM器件x射线剂量增强因子.这些结果对器件抗x射线辐射加固技术研究有重要价值 关键词： EEPROM x射线 剂量增强剂量效应 同步辐射     

同步动态随机存储器辐射效应测试系统研制

在分析同步动态随机存储器(SDRAM)辐射效应主要失效现象的基础上,研制了具备了读写功能测试、刷新周期测试及功耗电流测试三种功能的SDRAM辐射效应在线测试系统,并开展了SDRAM的总剂量效应实验研究。结果表明,总剂量效应会导致SDRAM器件的数据保持时间不断减小,功耗电流不断增大以及读写功能失效。实验样品MT48LC8M32B2的功能失效主要由外围控制电路造成,而非存储单元翻转。数据保持时间虽然随着辐照剂量的累积不断减小,但不是造成该器件功能失效的直接原因。