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     

新型槽栅PMOSFET热载流子退化机理与抗热载流子效应研究

分析了槽栅器件中的热载流子形成机理,发现在三个应力区中,中栅压附近热载流子产生概率达到最大.利用先进的半导体器件二维器件仿真器研究了槽栅和平面PMOSFET的热载流子特 性,结果表明槽栅器件中热载流子的产生远少于平面器件,且对于栅长在深亚微米和超深亚 微米情况下尤为突出.为进一步探讨热载流子加固后对器件特性的其他影响,分别对不同种 类和浓度的界面态引起的器件栅极和漏极特性的漂移进行了研究,结果表明同样种类和密度 的界面态在槽栅器件中引起的器件特性的漂移远大于平面器件.为开展深亚微米和亚0.1微米 新型槽栅 关键词： 槽栅PMOSFET 热载流子退化机理 热载流子效应     

功率MOSFET的负偏置温度不稳定性效应中的平衡现象

通过对功率金属氧化物半导体场效应晶体管在静态应力下的负偏置温度不稳定性的实验研究, 发现器件参数的退化随时间的关系遵循反应扩散模型所描述的幂函数关系, 并且在不同栅压应力下, 实验结果中均可观察到平台阶段的出现. 基于反应扩散理论的模型进行了仿真研究, 通过仿真结果分析和验证了此平台阶段对应于反应平衡阶段, 并且解释了栅压应力导致平台阶段持续时间不同的原因. 关键词： 功率金属氧化物半导体场效应晶体管 负偏置温度不稳定性 反应扩散模型     

p型金属氧化物半导体场效应晶体管界面态的积累对单粒子电荷共享收集的影响

由于负偏置温度不稳定性和热载流子注入,p型金属氧化物半导体场效应晶体管(pMOSFET)将在工作中不断退化,而其SiO₂/Si界面处界面态的积累是导致其退化的主要原因之一. 采用三维器件数值模拟方法,基于130 nm体硅工艺,研究了界面态的积累对相邻pMOSFET之间单粒子电荷共享收集的影响. 研究发现,随着pMOSFET SiO₂/Si界面处界面态的积累,相邻pMOSFET漏端的单粒子电荷共享收集量均减少. 还研究了界面态的积累对相邻反相器中单粒子电荷共享收集 关键词： 负偏置温度不稳定性 电荷共享收集 双极放大效应 单粒子多瞬态     

NBT导致的深亚微米PMOS器件退化与物理机理

研究了深亚微米PMOS器件在负偏压温度(negative bias temperature, NBT) 应力前后的电流电压特性随应力时间的退化，重点分析了NBT应力对PMOS器件阈值电压漂移的影响，通过实验证明了在栅氧化层和衬底界面附近的电化学反应和栅氧化层内与氢相关的元素的扩散，是PMOS器件中NBT效应产生的主要原因.指出NBT导致的PMOS器件退化依赖于反应机理和扩散机理两种机理的平衡. 关键词： 深亚微米PMOS器件 负偏压温度不稳定性 界面态 氧化层固定正电荷     

超深亚微米互补金属氧化物半导体器件的剂量率效应

对0.18 μm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺的N型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)及静态随机存储器(SRAM)开展了不同剂量率下的电离总剂量辐照试验研究. 结果表明: 在相同累积剂量, SRAM的低剂量率辐照损伤要略大于高剂量率辐照的损伤, 并且低剂量率辐照损伤要远大于高剂量率辐照加与低剂量率辐照时间相同的室温退火后的损伤. 虽然NMOSFET 低剂量率辐照损伤略小于高剂量率辐照损伤, 但室温退火后, 高剂量率辐照损伤同样要远小于低剂量率辐照损伤. 研究结果表明0.18 μm CMOS工艺器件的辐射损伤不是时间相关效应. 利用数值模拟的方法提出了解释CMOS器件剂量率效应的理论模型.     

负折射介质中可控自陡峭效应对孤子传输的影响

研究了具有非线性极化的负折射介质中孤子脉冲的传输特性,着重分析了在常规非线性传输模型中不曾出现的由负折射介质色散磁导率导致的可控自陡峭效应对孤子传输的影响.结果表明,与正自陡峭效应一样,负自陡峭效应同样造成孤子脉冲的非对称、中心偏移和高阶孤子衰减,但脉冲偏移的方向与正自陡峭效应情形相反.此外,利用可控自陡峭效应可以从某种程度上抵消三阶色散效应导致的孤子脉冲偏移,从而实现孤子脉冲中心的无偏移传输.     

基于多纵模自混合效应的激光器腔体温度测量实验教学研究

监测激光器的腔体温度对保证激光器的良好运行至关重要,本文利用激光自混合干涉技术对半导体激光器的腔体温度进行了监测。与传统激光器温度监测方法相比,该方法结构简单、成本较低,在实验教学中可操作性及可拓展性较强,丰富了实验教学内容,可提高学生科研实验能力及增强学生发散性思维。     

饱和非线性效应对负折射材料中孤子自频移的影响

以描述负折射材料中包含拉曼效应的高阶非线性薛定谔方程为模型,采用分步傅里叶算法数值分析了高阶效应,尤其是饱和非线性效应对自聚焦负折射率材料中的孤子拉曼自频移的影响。结果表明,在自聚焦负折射率材料中饱和非线性效应使孤子拉曼自频移速度加快;饱和非线性效应与负的自陡效应共同作用进一步加快孤子自频移的速度;饱和非线性效应同正的自陡效应、三阶色散效应共同作用时孤子拉曼自频移在整体上受到抑制。     

电光效应的自相似性

通过对KNbO₃,LiNbO₃,BaTiO₃及几种半导体晶体的电光系数进行数值分析，发现电光系数在自由状态和受夹状态下对应的Miller-δ系数相同，与外加电场频率无关，进而提出用Miller-δ系数表征晶体非线性光学性质.在此基础上，提出一种全新的电光效应产生机制，认为电光效应源于非线性系统的自相似性，表现为对线性性质的一种“自我复制”，而Miller-δ系数是“自我复制”的比例因子. 关键词： 电光效应 非线性光学 自相似性     

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.     

工艺导致的机械应力对深亚微米CMOS器件的影响

随着CMOS器件的不断微缩,硅有源区面积的缩小,工艺导致的机械应力对器件的影响越来越显著,许多工艺步骤会造成有源区应力的累积.应力不仅导致器件性能对版图产生依赖性,而且带来各种可靠性问题,影响芯片的长期使用寿命.在很多情况下,应力相关的问题直接影响芯片制造的良率.在总结各种应力来源的基础上,回顾了到目前为止人们所观察或理解的应力对CMOS器件性能和可靠性的各种影响,提出了分析和解决工业生产中应力相关问题的基本思路. 关键词： 机械应力 CMOS     

Photovoltaic effect in submicron ballistic rings

Photovoltaic effect is investigated for ballistic AlGaAs/GaAs rings under microwave radiation. The comparison of microwave EMF versus magnetic field dependencies and magnetoresistance shows that in ballistic rings the photovoltaic effect is due to the absence of central symmetry in microstructure geometry.     

Effect of STI-induced mechanical stress on leakage current in deep submicron CMOS devices

The shallow trench isolation (STI) induced mechanical stress significantly affects the CMOS device off-state leakage behaviour. In this paper, we designed two types of devices to investigate this effect, and all leakage components, including sub-threshold leakage ($I_{\rm sub})$, gate-induced-drain-leakage ($I_{\rm GIDL})$, gate edge-direct-tunnelling leakage ($I_{\rm EDT})$ and band-to-band-tunnelling leakage ($I_{\rm BTBT})$ were analysed. For NMOS, $I_{\rm sub}$ can be reduced due to the mechanical stress induced higher boron concentration in well region. However, the GIDL component increases simultaneously as a result of the high well concentration induced drain-to-well depletion layer narrowing as well as the shrinkage of the energy gap. For PMOS, the only mechanical stress effect on leakage current is the energy gap narrowing induced GIDL increase.     

Optical magnetoelectric effect in a submicron patterned magnet

The optical magnetoelectric effect, which is a nonreciprocal directional dichroic response, has been demonstrated in a submicron patterned magnet by monitoring the diffracted visible or near-infrared light intensity. An artificial magnetic superstructure is composed of chevron shaped ">" islands made of the ferromagnetic permalloy Ni(80)Fe(20) with a pitch of 1 microm on silicon substrate, in which both space inversion and time reversal symmetry are broken simultaneously. On the basis of the light-polarization angle and magnetic field H dependence, and also comparing the results with the those of the submicron square patterns, we show that the optical magnetoelectric effect emerges as the finite change (approximately 10(-3) at room temperature in H of 500 Oe) of the diffracted intensity.     

Noise minimization via deep submicron system-on-chip integration in megapixel CMOS imaging sensors

Infrared sensor designers have long maximized S/N ratio by employing pixel-based amplification in conjunction with supplemental noise suppression. Instead, we suppress photodiode noise using novel SoC implementation with simple three transistor pixel; supporting SoC components include a feedback amplifier having elements distributed amongst the pixel and column buffer, a tapered reset clock waveform, and reset timing generator. The tapered reset method does not swell pixel area, compel processing of the correlated reset and signal values, or require additional memory. Integrated in a 2.1 M pixel imager developed for generating high definition television, random noise is ∼8e-at video rates to 225 MHz. Random noise of ∼30e-would otherwise he predicted for the 5 μm 5 μm pixels having 5.5 fF detector capacitance with negligible image lag. Minimum sensor S/N ratio is 52 dB with 1920 by 1080 progressive readout at 60 Hz, 72 Hz and 90 Hz. Fixed pattern noise is <2 DN via on-chip signal processing. The paper presented there appears in Infrared Photoelectronics, edited by Antoni Rogalski, Eustace L. Dereniak, Fiodor F. Sizov, Proc. SPIE Vol. 5957, 595701 (2005).     

Mapping of electrostatic potential in deep submicron CMOS devices by electron holography

Quantitative two-dimensional maps of electrostatic potential in device structures are obtained using off-axis electron holography with a spatial resolution of 6 nm and a sensitivity of 0.17 V. Estimates of junction depth and variation in electrostatic potential obtained by electron holography, process simulation, and secondary ion mass spectroscopy show close agreement. Measurement artifacts due to sample charging and surface "dead layers" do not need to be considered provided that proper care is taken with sample preparation. The results demonstrate that electron holography could become an effective method for quantitative 2D analysis of dopant diffusion in deep-submicron devices.