不同顺序中子/γ辐照对双极器件电流增益的影响

利用CFBR-Ⅱ快中子反应堆(中国第二座快中子脉冲堆)和60Co装置开展不同顺序的中子/γ辐照双极晶体管的实验。在集电极-发射极电压恒定条件下,测量了双极晶体管电流增益随集电极电流的变化曲线,研究不同顺序中子/γ辐照对双极晶体管电流增益的影响。分析实验结果发现,集电极-发射极电压一定时,集电极电流极低情况下电流增益退化比较大,随集电极电流增加电流增益逐渐减小;就实验选中的两类晶体管而言,先中子后γ辐照造成双极晶体管电流增益的退化程度大于先γ后中子辐照,而且PNP型晶体管比NPN型晶体管差异更明显。本文进行了双极晶体管电离/位移协同辐照效应相关机理的初步探讨。     

栅控横向PNP双极晶体管基极电流峰值展宽效应及电荷分离研究

为了对双极器件在电离辐射环境下的损伤机理及加固技术进行深入的研究,对设计制作的不同工艺类型的栅控横向PNP双极晶体管进行了60Co-γ低剂量率辐照试验.结果表明:1)栅控双极晶体管的辐射特性具有很强的工艺相关性,钝化层的存在对于双极晶体管的辐射响应具有很大影响,有钝化层的器件在电离辐射环境中会产生更多的界面态,其抗辐射能力大大减弱;2)针对国产栅控横向PNP晶体管在低剂量率辐照时会发生峰值电流展宽效应,文中对展宽效应潜在机理进行了分析,并针对展宽效应提出了新的分离方法.这不但对设计抗辐射加固器件提供了依据,而且为进一步深入研究双极器件的低剂量率辐射损伤增强效应提供了强有力工具.     

不同剂量率下锗硅异质结双极晶体管电离损伤效应研究

对于相同制作工艺的NPN锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT), 在不同辐照剂量率下进行⁶⁰Co γ射线的辐照效应与退火特性的研究. 测量结果表明, 两种辐照剂量率下, 随着辐照总剂量增加, 晶体管基极电流增大, 共发射极电流放大倍数降低, 且器件的辐照损伤、性能退化与辐照剂量率相关, 低剂量率下辐照损伤较高剂量率严重. 在经过与低剂量率辐照等时的退火后, 高剂量率下的辐照损伤仍较低剂量率下的损伤低, 即待测SiGeHBT具有明显的低剂量率损伤增强效应(ELDRS). 本文对相关的物理机理进行了探讨分析. 关键词： 锗硅异质结双极晶体管 低剂量率辐照损伤增强 辐照效应     

中带电压法分离栅控横向pnp双极晶体管辐照感生缺

设计并制作了一种新型双极测试结构,即在常规横向pnp双极晶体管基区表面氧化层上淀积一栅电极,通过扫描栅极所加电压,获得漏极(集电极)电流随栅极电压的变化特性,利用中带电压法分离栅控横向pnp双极晶体管 在辐照过程中感生的氧化物陷阱电荷和界面陷阱电荷.本文对设计的晶体管测试结构和采用 的测试方法做了具体介绍.     

栅控横向PNP双极晶体管辐照感生电荷的定量分离

设计并制作了一种栅控横向PNP双极晶体管测试结构,在常规横向PNP双极晶体管基区表面氧化层上制作了一栅电极,利用栅扫描法,通过扫描栅极所加电压,获得了基极电流随栅极电压的变化特性.理论推导和数学计算获得了氧化物陷阱电荷和界面陷阱电荷的定量变化,分离出栅控横向PNP双极晶体管在辐照及其室温退火过程中感生的缺陷.对设计的晶体管测试结构和采用的测试方法做了具体介绍.     

InP/In_(0.53)Ga_(0.47)As/InP双异质结双极型晶体管的仿真与分析

运用Silvaco-TCAD软件构建了InP/In_(0.53)Ga_(0.47)As/InP双异质结双极型晶体管模型,研究了掺杂浓度、厚度以及温度对器件特性的影响.结果表明:双异质结双极型晶体管DHBT的开启电压能达到约0.4V,当浓度达到4×10^(19) cm^(-3)的时候,电流增益可以达到一个最佳状态,其峰值能达到约125左右,且浓度对截止频率以及最高振荡频率没有太大的影响;当增大基区厚度时,电流增益会减小,改变厚度能够使DHBT输出特性得以提升,并且提高基区电流的注入;双异质结双极型晶体管具有很好的温度稳定性.     

超结硅锗碳异质结双极晶体管机理研究与特性分析优化

提出一种超结硅锗碳异质结双极晶体管(SiGeC HBT)新结构.详细分析了新结构中SiGeC基区和超结结构的引入对器件性能的影响,并对其电流输运机制进行研究.基于SiGeC/Si异质结技术,新结构器件的高频特性优良;同时超结结构的存在,在集电区内部水平方向和垂直方向都建立了电场,二维方向上的电场分布相互作用大大提高了新结构器件的耐压能力.结果表明:超结SiGeC HBT与普通结构SiGeC HBT相比,击穿电压提高了48.8%;更重要的是SiGeC HBT器件中超结结构的引入,不会改变器件高电流增益、高频率特性的优点;新结构器件与相同结构参数的Si双极晶体管相比,电流增益提高了10.7倍,截止频率和最高震荡频率也得到了大幅度改善,很好地实现了高电流增益、高频率特性和高击穿电压三者之间的折中.对超结区域的柱区层数和宽度进行优化设计,随着柱区层数的增多,击穿电压显著增大,电流增益有所提高,截止频率和最高震荡频率减低,但幅度很小.综合考虑认为超结区域采用pnpn四层结构是合理的.     

沟槽型发射极SiGe异质结双极化晶体管新结构研究

提出了一种沟槽型发射极SiGe异质结双极化晶体管新结构. 详细分析了新结构中沟槽型发射极的引入对器件性能的影响,并对其机理进行研究. 新型发射极结构通过改变发射极电流路径使电阻分区并联,在不增大结电容的前提下,有效减小发射极电阻,提高器件的频率特性. 结果表明,新结构器件的截止频率和最大振荡频率分别增加至100.2 GHz和134.4 GHz,更重要的是沟槽型发射极结构的引入,在提高器件频率特性的同时,不会降低器件的电流增益,也不会增加结电容,很好实现了频率特性、电流增益和结电容之间的折中. 对沟槽型发射极进行优化设计,改变侧墙高度和侧墙宽度. 沟槽型发射极电阻不受侧墙高度改变的影响,频率性能不变;侧墙宽度增加,频率性能降低. 关键词： SiGe 异质结双极化晶体管 沟槽型发射极 发射极电阻     

双极晶体管中子注量探测器的标定

双极晶体管经中子辐照后会引起直流增益退化,在109~1016 cm-2的注量范围内,其直流增益倒数变化与辐照中子注量呈线性关系。对直流增益退化的双极晶体管进行高温退火,能使受到辐射损伤的双极晶体管性能恢复。鉴于此,将双极晶体管进行逆向工程应用,制作成中子注量探测器,经标定后,可实现对中子注量的监测。对探测器的装配结构进行设计后,依托中国工程物理研究院快中子脉冲堆(CFBR-Ⅱ),在1012~1013 cm-2的注量范围对3DK2222A型探测器和在1013 cm-2的注量范围对3DG121C型探测器进行标定。在得到探测器损伤常数K的分散性存在较小和较大的两种情况下,确定了分散性较小时的有效取值和应用方法,以及在分散性较大时,采取标定的损伤常数K只能应用在同只探测器上的方案,并通过高温退火实验证实了该方案的可行性。     

Si_3N_4钝化层对横向PNP双极晶体管电离辐射损伤的影响机理

航天器中电子器件在轨服役期间,会遭受到空间带电粒子及各种射线的辐射环境的显著影响,易于造成电离辐射损伤.本文采用60Coγ射线辐照源,针对有/无Si_3N_4钝化层结构的横向PNP型(LPNP)双极晶体管,开展了电离辐射损伤效应及机理研究.利用KEITHLEY 4200-SCS半导体参数测试仪测试了LPNP晶体管电性能参数(包括Gummel特性曲线和电流增益等).采用深能级瞬态谱分析仪(DLTS),对辐照前后有/无Si_3N_4钝化层结构的LPNP晶体管的电离缺陷进行测试.研究结果表明,在相同吸收剂量条件下,与无Si_3N_4钝化层的晶体管相比,具有Si_3N_4钝化层的LPNP晶体管基极电流退化程度大,并且随吸收剂量的增加,电流增益退化更为显著.通过DLTS分析表明,与无Si_3N_4钝化层的晶体管相比,有Si_3N_4钝化层的晶体管辐射诱导的界面态能级位置更接近于禁带中心.这是由于制备Si_3N_4钝化层时引入了大量的氢所导致,而氢的存在会促使辐射诱导的界面态能级位置更接近于禁带中心,复合率增大,从而加剧了晶体管性能的退化.     

Fully valley-polarized electron beams in graphene

We propose a device to break the valley degeneracy in graphene and produce fully valley-polarized currents that can be either split or collimated to a high degree in a experimentally controllable way. The proposal combines two recent seminal ideas: negative refraction and the concept of valleytronics in graphene. The key new ingredient lies in the use of the specular shape of the Fermi surface of the two valleys when a high electronic density is induced by a gate voltage (trigonal warping). By changing the gate voltage in a n-p-n junction of a graphene transistor, the device can be used as a valley beam splitter, where each of the beams belong to a different valley, or as a collimator. The result is demonstrated through an optical analogy with two-dimensional photonic crystals.     

卫星用光纤陀螺中抗辐射光纤的研究

介绍了光纤陀螺空间应用的优势及影响因素，提出了研究抗辐射光纤的防辐射加固方案。通过实验，证明了光纤的辐照效应，并提出了抗辐射光纤制备中的技术参考。     

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     

Light-modulated electron retroreflection and Klein tunneling in a graphene-based n-p-n junction

We investigate the electron retroreflection and the Klein tunneling across a graphene-based n-p-n junction irradiated by linearly polarized off-resonant light with the polarization along the x direction. The linearly polarized off-resonant light modifies the band structure of graphene, which leads to the anisotropy of band structure. By adjusting the linearly polarized light and the direction of n-p-n junction simultaneously, the electron retroreflection appears and the anomalous Klein tunneling, the perfect transmission at a nonzero incident angle regardless of the width and height of potential barrier, happens, which arises from the fact that the light-induced anisotropic band structure changes the relation of wavevector and velocity of electron. Our finding provides an alternative and flexible method to modulate electron retroreflection and Klein tunneling.     

Valley splitting and anomalous Klein tunneling in borophane-based n-p and n-p-n junctions

We analytically investigate the transport properties of electron in borophane-based n-p and n-p-n junctions. When the electron beam in n region go through the n-p junction, the beam will be split into two valley-dependent beam in p region. This comes from the valley-dependent refraction angle induced by the anisotropic band structure of borophane. Interestingly, the behavior of valley splitting can be generated in a borophane-based n-p junction naturally without any external modulation methods. Generally, the Klein tunneling is described as the perfect transmission at a zero incident angle of electron regardless of the width and height of potential barrier. However, in a borophane-based n-p-n junction, the anomalous Klein tunneling, i.e., the perfect transmission exists at a nonzero incident angle, is found due to the anisotropic band structure of borophane. Our work designs an alternative valley splitter and provides an insight into the understanding of the Klein tunneling.     

<Emphasis Type="Italic">I-V,C-V</Emphasis> and deep level transient spectroscopy study of 24 MeV proton-irradiated bipolar junction transistor

This paper describes the effect of 24 MeV proton irradiation on the electrical characteristics of a pnp bipolar junction transistor 2N 2905A. I-V, C-V and DLTS measurements are carried out to characterize the transistor before and after irradiation. The properties of deep level defects observed in the bulk of the transistor are investigated by analysing the DLTS data. Two minority carrier levels, E _C − 0.27 eV and E _C − 0.58 eV and one majority carrier level, E _V +0.18 eV are observed in the base collector junction of the transistor. The irradiated transistor is subjected to isochronal annealing. The influence of isochronal annealing on I-V, C-V and DLTS characteristics are monitored. Most of the deep level defects seem to anneal out above 400°C. It appears that the deep level defects generated in the bulk of the transistor lead to transistor gain degradation. A comparison of proton- and electron-induced gain degradation is made to assess the vulnerability of pnp transistor as against npn transistors.     

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.     

Tailorable acceptor C(60-n)B(n) and donor C(60-m)N(m) pairs for molecular electronics

Our first-principles calculations demonstrate that C(60-n)B(n) and C(60-m)N(m) can be engineered as the acceptors and donors, respectively, needed for molecular electronics by properly controlling the dopant number n and m in C60. We show that acceptor C48B12 and donor C48N12 are promising components for molecular rectifiers, carbon nanotube-based n-p-n (p-n-p) transistors, and p-n junctions.     

硅基单片式复合晶体管的结构参数对高功率微波损伤效应的影响

建立了三种不同结构的硅基单片式复合晶体管(由T1和T2两个晶体管构成)的二维电热模型,研究了高功率微波对不同结构的硅基单片式复合晶体管的损伤效应的影响。获得了不同器件结构下导致复合晶体管损伤的损伤功率阈值和损伤能量阈值分别与脉宽的关系。结果表明,当复合晶体管的总体尺寸不变而T2和T1晶体管的面积比值更大时需要更多的功率和能量来损伤器件。通过分析器件内部电场、电流密度和温度分布的变化,得到了复合晶体管的结构对其微波损伤效应的影响规律。对比发现,三种结构的复合晶体管的损伤点均位于T2管的发射极附近,随着T2和T1晶体管面积比的增大,电场、电流密度和温度在器件内部的分布将变得更加分散。此外,在发射极处增加外接电阻R_e,研究表明损伤时间随发射极电阻的增大而增加。因此可以得出结论,适当改变器件结构或增加外接元件可以增强器件的抗微波损伤能力。晶体管的仿真毁伤点与实验结果一致。     

深亚微米金属氧化物场效应晶体管及寄生双极晶体管的总剂量效应研究

为从工艺角度深入研究航空航天用互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺混合信号集成电路总剂量辐射损伤机理, 选取国产CMOS 工艺制作的NMOS晶体管及寄生双极晶体管进行了⁶⁰Coγ射线源下的总剂量试验研究. 发现: 1) CMOS工艺中固有的寄生效应导致NMOS晶体管截止区漏电流对总剂量敏感, 随总剂量累积而增 大; 2) 寄生双极晶体管总剂量损伤与常规双极晶体管不同, 表现为对总剂量不敏感, 分析认为两者辐射损伤的差异来源于制作工艺的不同; 3)寄生双极晶体管与NMOS晶体 管的总剂量损伤没有耦合效应; 4)基于上述研究成果, 初步分析CMOS工艺混合信号集成电路中数字模块及模拟模块辐射损伤机制, 认为MOS晶体管截止漏电流增大是导致数字模块功耗增大的主因, 而Bandgap电压基准源模块对总剂量不敏感源于寄生双极晶体管抗总剂量辐射的能力. 关键词： 总剂量效应 N沟道金属氧化物场效应晶体管 寄生双极晶体管 Bandgap基准电压源