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.     

基于辐照前1/f噪声的金属-氧化物-半导体场效应晶体管辐照退化模型

基于金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)噪声的载流子数涨落和迁移率涨落理论,建立了MOSFET辐照前1/f噪声参量与辐照后分别由氧化层陷阱和界面陷阱诱使阈值电压漂移之间的定量数学模型,并通过实验予以验证.研究结果表明,辐照诱生的氧化层陷阱通过俘获和发射过程与沟道交换载流子,在引起载流子数涨落的同时也通过库仑散射导致沟道迁移率的涨落,因此辐照前的1/f噪声幅值正比于辐照诱生的氧化层陷阱数.利用该模型对MOSFET辐照前1/f噪声与辐照退化的相关性从理论上 关键词： f噪声')" href="#">1/f噪声 辐照 金属-氧化物-半导体场效应晶体管 陷阱     

4H-SiC金属-半导体场效应晶体管大信号I-V特性和小信号参数的计算

基于碳化硅金属-半导体场效应晶体管内部载流子输运的物理特性分析,建立适于精确计算4H-SiCMESFET器件大信号电流-电压特性和小信号参数的解析模型.该模型采用场致迁移率、速度饱和近似,并考虑碳化硅中杂质不完全离化效应及漏源串联电阻的影响,栅偏置为0 V时,获得最大跨导约为48 mS·mm^-1.计算结果与实验数据有很好的一致性.该模型具有物理概念清晰且计算较为准确的优点,适于SiC器件以及电路研究使用.     

沟槽形状对硅基沟槽式肖特基二极管电学特性的影响

随着对电子产品节能环保要求的提高,对广泛应用于电子产品的肖特基二极管电学性能的要求也越来越高.含金属-氧化物-半导体结构的沟槽式肖特基二极管(trench barrier Schottky diodes,TMBS)由于其优异的性能而备受青睐.沟槽结构对提高肖特基二极管性能起着至关重要的作用,但是关于沟槽形状对二极管电学性能的影响尚未见有深入的研究报道.本文提出了两种新型的沟槽结构——圆角沟槽和阶梯型沟槽.通过模拟研究发现,圆角沟槽与传统的直角沟槽TMBS器件相比,在维持同样的漏电流和正向导通电压的条件下,击穿电压可以提高15.8%.阶梯沟槽与传统直角沟槽TMBS器件相比,可以在击穿电压不减小的情况下,漏电降低35%,正向导通电压仅略有增加.这归结于圆角沟槽和阶梯沟槽对有源区内部电场强度分布的调节.     

金属-氧化物-半导体场效应管辐射效应模型研究

基于氧化层陷阱电荷以及界面陷阱电荷的产生动力学以及辐射应力损伤的微观机理,推导出了金属-氧化物-半导体场效应管(MOSFET)中辐射应力引起的氧化层陷阱电荷、界面陷阱电荷导致的阈值电压漂移量与辐射剂量之间定量关系的模型. 根据模型可以得到:低剂量情况下,氧化层陷阱电荷与界面陷阱电荷导致的阈值电压漂移量与辐射剂量成正比;高剂量情况下,氧化层陷阱电荷导致的阈值电压漂移量发生饱和, 其峰值与辐射剂量无关,界面陷阱电荷导致的阈值电压漂移量与辐射剂量呈指数关系. 另外,模型还表明氧化层陷阱电荷与界面陷阱电荷在不同的辐射剂量点开始产生饱和现象, 其中界面陷阱电荷先于氧化层陷阱电荷产生饱和现象.最后,用实验验证了该模型的正确性. 该模型可以较为准确地预测辐射应力作用下MOSFET的退化情况.     

基于辐照前1/f噪声的金属-氧化物-半导体场效应晶体管辐照退化模型

基于金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)噪声的载流子数涨落和迁移率涨落理论,建立了MOSFET辐照前1/f噪声参量与辐照后分别由氧化层陷阱和界面陷阱诱使阈值电压漂移之间的定量数学模型,并通过实验予以验证.研究结果表明,辐照诱生的氧化层陷阱通过俘获和发射过程与沟道交换载流子,在引起载流子数涨落的同时也通过库仑散射导致沟道迁移率的涨落,因此辐照前的1/f噪声幅值正比于辐照诱生的氧化层陷阱数.利用该模型对MOSFET辐照前1/f噪声与辐照退化的相关性从理论上进行了解释,同时也为MOSFET抗辐照能力预测提供理论依据.     

SiC功率金属-半导体场效应管的陷阱效应模型

针对4H-SiC射频大功率MESFET，建立了一个解析的陷阱效应模型，该模型采用简化参数描述方法，并结合自热效应分析，从理论上完善了SiC MESFET大信号直流I-V特性的解析模型，且避免了数值方法模拟陷阱效应的巨大计算量. 关键词： 碳化硅 陷阱效应 金属-半导体场效应晶体管 深能级陷阱 界面态     

N型槽栅金属-氧化物-半导体场效应晶体管抗热载流子效应的研究

用二维器件仿真软件MEDICI模拟分析了N型槽栅金属-氧化物-半导体场效应晶体管的热载流 子特性及其对器件性能所造成的损伤,并与相应常规平面器件进行了比较,同时用器件内部 物理量的分布对造成两种结构器件特性不同的原因进行了解释.结果表明槽栅器件对热载流 子效应有明显的抑制作用,但槽栅器件对热载流子损伤的反应较平面器件敏感. 关键词： 槽栅MOSFET 热载流子效应 界面态 特性退化     

高温对MOSFET ESD防护器件维持特性的影响

静电放电(electro-static discharge, ESD)防护结构的维持电压是决定器件抗闩锁性能的关键参数,但ESD器件参数的热致变化使得防护器件在高温环境中有闩锁风险.本文研究了ESD防护结构N沟道金属-氧化物-半导体(N-channel metal oxide semiconductor, NMOS)在30—195℃的工作温度下的维持特性.研究基于0.18μm部分耗尽绝缘体上硅工艺下制备的NMOS器件展开.在不同的工作温度下,使用传输线脉冲测试系统测试器件的ESD特性.实验结果表明,随着温度的升高,器件的维持电压降低.通过半导体工艺及器件模拟工具进行二维建模及仿真,提取并分析不同温度下器件的电势、电流密度、静电场、载流子注入浓度等物理参数的分布差异.通过研究以上影响维持电压的关键参数随温度的变化规律,对维持电压温度特性的内在作用机制进行了详细讨论,并提出了改善维持电压温度特性的方法.     

退火工艺对LaTiON和HfLaON存储层金属-氧化物-氮化物-氧化物-硅存储器特性的影响

采用反应溅射法, 分别制备以LaTiON, HfLaON为存储层的 金属-氧化物-氮化物-氧化物-硅 电容存储器, 研究了淀积后退火气氛(N₂, NH₃)对其存储性能的影响. 分析测试表明, 退火前LaTiON样品比HfLaON 样品具有更好的电荷保持特性, 但后者具有更大的存储窗口 (编程/擦除电压为+/-12 V时4.8 V); 对于退火样品, 由于NH₃的氮化作用, NH₃退火样品比N₂退火样品表现出更快的编程/擦除速度、更好的电荷保持特性和疲劳特性. 当编程/擦除电压为+/-12 V时, NH₃退火HfLaON样品的存储窗口为3.8 V, 且比NH₃退火LaTiON样品具有更好的电荷保持特性和疲劳特性.     

Monolithic integration of an AlGaN/GaN metalinsulator field-effect transistor with an ultra-low voltage-drop diode for self-protection

In this paper,we present a monolithic integration of a self-protected AlGaN/GaN metal-insulator field-effect transistor(MISFET).An integrated field-controlled diode on the drain side of the AlGaN/GaN MISFET features a selfprotected function for a reverse bias.This diode takes advantage of the recessed-barrier enhancement-mode technique to realize an ultra-low voltage drop and a low turn-ON voltage.In the smart monolithic integration,this integrated diode can block a reverse bias(> 70 V/μm) and suppress the leakage current(< 5 × 10-11 A/mm).Compared with conventional monolithic integration,the numerical results show that the MISFET integrated with a field-controlled diode leads to a good performance for smart power integration.And the power loss is lower than 50% in conduction without forward current degeneration.     

Monolithic integration of AlGaN/GaN metal—insulator field-effect transistor with ultra-low voltage-drop diode for self-protection

In this paper, we present a monolithic integration of self-protected AlGaN/GaN metal-insulator field-effect transistor (MISFET). An integrated field-controlled diode on the drain side of the AlGaN/GaN MISFET features self-protected function at reverse bias. This diode takes advantage of the recessed-barrier enhancement-mode technique to realize an ultra-low voltage drop and a low turn-ON voltage. In the smart monolithic integration, this integrated diode can block reverse bias (>70 V/μm) and suppress the leakage current (<5×10^-11 A/mm). Compared with conventional monolithic integration, the numerical results show that the MISFET integrated with a field-controlled diode leads to a good performance for smart power integration. And the power loss is lower than 50% in conduction without forward current degeneration.     

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     

A model for the electrical characteristics of metal-ferroelectric-insulator-semiconductor field-effect transistor

An improved theoretical model on the electrical characteristics of metal-ferroelectric-insulator-semiconductor field-effect transistor (MFIS-FET) has been proposed by considering the history-dependent electric field effect and the mobility model. The capacitance-voltage (C-V) characteristics of MFIS structure is evaluated by combining the switching physics of ferroelectric with the silicon physics, and the drain current-gate voltage (I_D-V_GS) and drain current-drain voltage (I_D-V_DS) characteristics of MFIS-FET are modeled by combining the switching physics of ferroelectric with Pao and Sah’s double integral. For two MFIS-FETs with SrBi₂Ta₂O₉ and (Bi,La)₄Ti₃O₁₂ ferroelectric layers, the C-V, I_D-V_GS and I_D-V_DS characteristics are simulated by using the improved model, and the results are more consistent with the previous experiment than those based on Lue model, indicating that the improved model is suitable for simulating the electrical characteristics of MFIS-FET. This work is expected to provide some guidance to the design and performance improvement of MFIS structure devices.     

电离辐射环境下的部分耗尽绝缘体上硅n型金属氧化物半导体场效应晶体管可靠性研究

随着半导体技术的进步, 集成小尺寸绝缘体上硅器件的芯片开始应用到航空航天领域, 使得器件在使用中面临了深空辐射环境与自身常规可靠性的双重挑战. 进行小尺寸器件电离辐射环境下的可靠性试验有助于对器件综合可靠性进行评估. 参照国标GB2689.1-81恒定应力寿命试验与加速寿命试验方法总则进行电应力选取, 对部分耗尽绝缘体上硅n型金属氧化物半导体场效应晶体管进行了电离辐射环境下的常规可靠性研究. 通过试验对比, 定性地分析了氧化物陷阱电荷和界面态对器件敏感参数的影响, 得出了氧化物陷阱电荷和界面态随着时间参数的变化, 在不同阶段对器件参数的影响. 结果表明, 总剂量效应与电应力的共同作用将加剧器件敏感参数的退化, 二者的共同作用远大于单一影响因子.     

Research on the electrical characteristics of an organic thin-film field-effect transistor based on alternating-current resistance

In this article, an organic thin-film field-effect transistor (OTFFET) with top-gate and bottom-contact geometry based on pentacene as the active layer is fabricated. The experimental data of the I-V are obtained from the OTFFET device. The alternating-current (AC) resistance value of the OTFFET device is calculated using the derivation method from the experimental data, and the AC resistance trend curves of the OTFFET device are obtained with the region fitting method. We analyse the characteristics of the OTFFET device with an AC resistance trend curve. To discover whether it has a high resistance, it is proposed to judge the region of the source/drain voltage (V_DS) less than the transition voltage, thereby determining whether the contact between the metal electrode and the organic semiconductor layer of the OTFFET device is Ohmic or non-Ohmic. The theoretical analysis shows that the field-effect mobility and the AC resistance are in reverse proportion. Therefore, we point out that reducing AC resistance is necessary if field-effect mobility is to be improved.     

Evaluation of a gate-first process for AlGaN/GaN metal-oxide-semiconductor heterostructure field-effect transistors with low ohmic annealing temperature

In this paper, TiN/AlO_x gated Al Ga N/Ga N metal–oxide–semiconductor heterostructure field-effect transistors(MOSHFETs) were fabricated for gate-first process evaluation. By employing a low temperature ohmic process, ohmic contact can be obtained by annealing at 600℃ with the contact resistance approximately 1.6 ?·mm. The ohmic annealing process also acts as a post-deposition annealing on the oxide film, resulting in good device performance. Those results demonstrated that the TiN/AlO_x gated MOS-HFETs with low temperature ohmic process can be applied for self-aligned gate Al Ga N/Ga N MOS-HFETs.     

Design consideration and fabrication of 1.2-kV 4H-SiC trenched-and-implanted vertical junction field-effect transistors

We present the design consideration and fabrication of 4H-SiC trenched-and-implanted vertical junction field-effect transistors （TI-VJFETs）. Different design factors, including channel width, channel doping, and mesa height, are con- sidered and evaluated by numerical simulations. Based on the simulation result, normally-on and normally-off devices are fabricated. The fabricated device has a 12 μm thick drift layer with 8 × 10^15 cm^-3 N-type doping and 2.6 μm channel length. The normally-on device shows a 1.2 kV blocking capability with a minimum on-state resistance of 2.33 mΩ.cm2, while the normally-off device shows an on-state resistance of 3.85 mΩ.cm2. Both the on-state and the blocking performances of the device are close to the state-of-the-art values in this voltage range.     

p型金属氧化物半导体场效应晶体管低剂量率辐射损伤增强效应模型研究

对一种非加固4007电路中p型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)在不同剂量率条件下的电离辐射损伤效应及高剂量率辐照后的退火效应进行了研究. 通过测量不同剂量率条件下PMOSFET的亚阈I-V特性曲线,得到阈值电压漂移量随累积剂量、退火时间的变化关系. 实验发现,此种型号的PMOSFET具有低剂量率辐射损伤增强效应. 通过描述H⁺在氧化层中的输运过程,解释了界面态的形成原因,初步探讨了非加固4007电路中PMOSFET低剂量率辐射损伤增强效应模型. 关键词： p型金属氧化物半导体场效应晶体管 60Co γ射线')" href="#">⁶⁰Co γ射线 电离辐射损伤 低剂量率辐射损伤增强效应