源、漏到栅距离对次亚微米ggNMOS ESD保护电路鲁棒性的影响

基于对静电放电(electrostatic discharge,ESD)应力下高电压、大电流特性的研究,本文通过优化晶格自加热漂移-扩散模型和热力学模型,并应用优化模型建立了全新的0.6 μm CSMC 6S06DPDM-CT02 CMOS工艺下栅接地NMOS (gate grounded NMOS,ggNMOS)ESD保护电路3D模型,对所建模型中漏接触孔到栅距离(drain contact to gate spacing,DCGS)与源接触孔到栅距离(source contact to gate sp 关键词： 栅接地NMOS 静电放电 漏接触孔到栅的距离 源接触孔到栅的距离     

激光模拟瞬态剂量率闩锁效应电流特征机制研究

互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor, CMOS)工艺集成电路由于寄生的PNPN结构使其可能会受到闩锁效应的影响,在全局辐照下由瞬态剂量率效应诱发的闩锁具有独特的性能.本文利用激光模拟瞬态剂量率效应装置,针对体硅CMOS工艺解串器FIN1218MTDX,进行瞬态剂量率闩锁效应的实验研究,探究其闩锁阈值和闩锁电流特征.实验获得了该器件在3.3 V工作电压时的瞬态剂量率闩锁阈值光功率密度为(8.5±1.2)×10~4 W/cm~2;并发现在工作电压3.3和3.6 V,光功率密度1.9×10~6—1.6×10~7W/cm~2的辐照下,闩锁电流发生了明显的降低,即出现了闩锁电流的"窗口现象"基于闩锁等效电路模型,利用多路径闩锁机制,构建HSPICE模型对激光实验暴露出的瞬态剂量率闩锁特征进行了机理分析.结果表明:激光实验中闩锁电流波动是由于多路径闩锁机制所致,其会在特定电路结构中促使器件的闩锁路径发生切换,从而诱发这一现象.     

脉冲γ射线诱发N型金属氧化物场效应晶体管纵向寄生效应开启机制分析

金属氧化物场效应晶体管作为大规模数字电路的基本单元,其内部的寄生效应一直以来被认为是影响集成电路在脉冲γ射线辐射环境中发生扰动、翻转以及闩锁的重要因素.为研究脉冲γ射线诱发N型金属氧化物场效应晶体管内部纵向寄生效应的开启机制,通过TCAD构建了40, 90以及180 nm 3种不同工艺节点的NMOS晶体管进行瞬时电离辐射效应仿真,得到了纵向寄生三极管电流增益随工艺节点的变化趋势、纵向寄生三极管的开启条件及其对NMOS晶体管工作状态的影响.结果表明:1)脉冲γ射线在辐射瞬时诱发NMOS晶体管内部阱电势抬升是导致纵向寄生三极管开启的主要原因; 2)当纵向寄生三极管导通时, NMOS晶体管内部会产生强烈的二次光电流影响晶体管的工作状态; 3) NMOS晶体管内部纵向寄生三极管的电流增益随工艺节点的减小而减小.研究结果可为电子器件的瞬时电离辐射效应机理研究提供理论依据.     

GGMOS型静电放电防护器件的高功率微波效应北大核心CSCD

采用基于半导体漂移扩散模型的数值模拟软件对高功率微波(HPM)作用下GGMOS型的静电放电(ESD)防护器件效应进行了数值模拟研究。对ESD器件在HPM作用下的响应特性及器件内部的物理图像进行了数值模拟。数值模拟的结果表明,外部注入HPM信号的幅值和频率是影响ESD器件的因素,在加载30ns脉宽的HPM脉冲作用下,器件内部达到的最高温度与信号幅值成正指数关系。在给ESD注入相同幅值的HPM信号时,频率越大,器件达到失效温度所需要的时间越长。     

基于钴和坡莫合金纳磁体的全自旋逻辑器件开关特性研究

基于纳磁体动力学和自旋传输机理, 建立了全自旋逻辑(ASL)器件的自旋传输-磁动力学模型. 基于该模型分别研究了钴纳磁体构成的全自旋逻辑(CoASL)器件和坡莫合金纳磁体构成的全自旋逻辑(PyASL)器件在不同沟道长度和电源电压下的开关特性. 结果显示PyASL器件在开关延迟时间和功耗上要小于CoASL器件, 且能可靠工作的最大沟道长度要大于CoASL器件. 另外, 两种ASL器件的开关延迟时间可通过减小沟道长度或增加电源电压来减小; 而功耗可通过减小沟道长度或电源电压来减小. 同时, 减小沟道长度能有效抑制热噪声对开关延迟时间和功耗的影响, 但增大电源电压只能抑制热噪声对开关延迟时间的影响. 上述研究结果将为优化ASL器件磁性材料和器件结构提供重要的参数选择依据.     

利用温变电容特性测量发光二极管结温的研究

结区的温度, 简称结温, 是发光二极管(LED) 的重要参数之一, 它对LED 器件的出光效率、光色、器件可靠性和寿命均有很大影响, 准确测量LED 器件的结温对制备LED 芯片、器件封装和应用有着重要的意义. 本文利用反向偏压下的LED的势垒电容随温度变化的特性, 提出了一种LED结温测量的新方法. 论文首先测量和分析了LED在室温下反向偏压时的电容-电压(C-V)曲线和不同反向偏压下的电容-温度(C-T)曲线, 结果表明, 在合适的偏压下, LED的电容随温度的增大而显著增加, 并呈现良好的线性关系. 在LED工作中监测其电容的变化, 并与C-T曲线进行对比, 实现了LED结温的测量, 其测量结果和传统的正向电压法的结果相对比, 两者符合较好. 最后, 利用上述方法测量了LED 在恒流和恒压条件下的结温的实时变化过程. 较传统的结温测量方法, 本方法的优点在于只须要一次定标测量, 且可实现LED在任意电压和电流下的结温测量.     

某型无人机收发信机静电放电防护加固

无人机交换机芯片易被静电放电(ESD)电磁脉冲损坏,严重影响无人机数据链正常通信。针对此问题,通过搭建人体-金属ESD电路模型并进行仿真分析,发现所选用的TVS防护器件对15 kV等级的ESD防护效果显著。分别对加装TVS防护器件前后的收发信机电路进行了ESD电磁脉冲抗扰度对比试验。试验结果表明,加装防护器件后的电路对ESD电磁脉冲的防护能力最大提升7.4倍。     

隧道场效应晶体管静电放电冲击特性研究

随着器件尺寸的不断减小,集成度的逐步提高,功耗成为了制约集成电路产业界发展的主要问题之一.由于通过引入带带隧穿机理可以实现更小的亚阈值斜率,隧道场效应晶体管(TFET)器件已成为下一代集成电路的最具竞争力的备选器件之一.但是TFET器件更薄的栅氧化层、更短的沟道长度容易使器件局部产生高的电流密度、电场密度和热量,使得其更容易遭受静电放电(ESD)冲击损伤.此外,TFET器件基于带带隧穿机理的全新工作原理也使得其ESD保护设计面临更多挑战.本文采用传输线脉冲的ESD测试方法深入分析了基本TFET器件在ESD冲击下器件开启、维持、泄放和击穿等过程的电流特性和工作机理.在此基础之上,给出了一种改进型TFET抗ESD冲击器件,通过在源端增加N型高掺杂区,有效的调节接触势垒形状,降低隧穿结的宽度,从而获得更好的ESD设计窗口.     

基于55 nm DICE结构的单粒子翻转效应模拟研究

单粒子翻转(single event upset, SEU)是器件在辐照空间中应用的关键难题,本文以55 nm加固锁存单元为研究载体,通过三维数值模拟方法,获得了重离子不同入射条件下的线性能量转移(linear energy transfer, LET)阈值和电压脉冲变化曲线,研究了双互锁存储单元(dual interlockded storage cell, DICE)的抗辐照性能和其在不同入射条件下的SEU效应.研究表明,低LET值的粒子以小倾斜角入射器件时,降低了器件间的总电荷收集量,使得主器件节点的电压峰值和电压脉宽最小,器件SEU敏感性最低;由于空穴与电子迁移率的差异,导致DICE锁存器中Nhit的入射角敏感性远大于Phit;合理调节晶体管间距可以削弱电荷共享效应,使得从器件总电荷收集量减小,仿真计算得到此工艺下晶体管间距不能小于1.2μm.相关仿真结果可为DICE锁存单元单粒子效应的物理机制研究和加固技术提供理论依据和数据支持,有助于加快存储器件在宇航领域的应用步伐.     

基于气体放电等离子体射流源的模拟离子引出实验平台物理特性

离子引出过程是原子蒸气激光同位素分离中非常重要的物理过程之一,而其中关键的等离子体参数(等离子体初始密度和电子温度等)均会对离子引出特性产生影响.基于千赫兹电源驱动的氩气高压交流放电等离子体射流源,建立了离子引出模拟实验平台-2015 (IEX-2015),开发了用于诊断氩等离子体参数的"碰撞-辐射"模型,对等离子体射流区的电子温度和电子数密度等关键参数进行了测量.结果表明,电源输入功率和驱动频率以及工作气体流量均会对等离子体射流区的电子温度和数密度产生影响;在真空腔压强为10~(-2)Pa量级下,射流区电子数密度和电子温度的可调参数范围分别为10~9—10~(11)cm~(-3)和1.7—2.8 e V,这与实际离子引出过程中的等离子体参数范围相近.在此基础上,开展了不同引出电压、极板间距和电子数密度条件下初步的离子引出实验,所得到的离子引出电流变化规律亦与实际原子蒸气激光同位素分离中的离子引出特性定性一致.上述研究结果验证了在IEX-2015上开展离子引出模拟实验的可行性,为后续深入开展离子引出特性的实验研究准备了良好的条件.     

不同应力下碳化硅场效应晶体管器件总剂量效应及退火特性

以碳化硅场效应晶体管器件作为研究对象,对其开展了不同电压、不同温度下的钴源辐照实验以及辐照后的退火实验.使用半导体参数分析仪测试了器件的直流参数,研究了器件辐照敏感参数在辐照和退火过程中的变化规律,分析了电压、温度对器件辐照退化产生影响的原因,也探索了退火恢复的机理.结果表明:辐照感生的氧化物陷阱电荷是造成碳化硅场效应晶体管器件电学参数退化的主要原因,电压和温度条件会影响氧化物陷阱电荷的最终产额,从而导致器件在不同电压、不同温度下辐照后的退化程度存在差异;退火过程中由于氧化物陷阱电荷发生了隧穿退火,导致器件电学性能得到了部分恢复.     

CMOS电路低温特性及其仿真

本文采用0.25微米工艺制备了CMOS器件和电路,通过对300K、77K和4K温度下器件和电路特性的测量,研究了工作温度降低对CMOS电路特性的影响.通过讨论MOSFET器件和互连线主要特性参数随温度的变化情况,修改了常温CMOS BSIM3模型以及互连线参数,建立了77K、4K温度下的低温电路仿真模型.利用上述新建立的低温电路仿真模型对CMOS电路进行仿真,并将仿真结果与实际测量结果比较,获得了比较一致的结果.研究表明在4K温度下CMOS电路的工作性能大约有50%到60%的改善.     

4H-SiC MOSFET的温度特性研究

对4HSiCMOSFET的器件结构和温度特性进行了研究,总结了器件的结构参数对特性的影响,比较了不同温度下的输出特性以及饱和漏电流、阈值电压、跨导、导通电阻与温度的变化关系,模拟结果表明4HSiCMOSFET具有优异的温度特性,在800K下可以正常工作 关键词： 4H-SiC MOSFET     

国产星用VDMOS器件总剂量辐射损伤效应研究

研究了两种国产星用VDMOS器件在不同偏置条件下的总剂量辐射损伤效应, 探讨了器件的阈值电压、击穿电压、导通电阻、漏电流等电参数随累积剂量、退火时间的变化关系. 实验结果表明这两种国产星用VDMOS器件辐照后电参数符合技术指标, 满足在复杂空间电离辐射环境下工作的要求.此外, 通过对器件在不同偏置条件下的总剂量辐射损伤效应进行研究, 对其他型号星用VDMOS器件工艺和设计的进一步改进, 具有参考作用.     

NPB阳极缓冲层对反型结构聚合物太阳能电池性能的影响

制备了给体材料为poly(3-hexylthiophene)(P3HT),受体材料为[6,6]-phenyl-C60-butyric acid methyl ester(PCBM),器件结构为ITO/ZnO/P3HT:PCBM/NPB(0,1,5,10,25 nm)/Ag的反型体异质结聚合物太阳能电池.不同厚度的N,N′-diphenyl-N,N′-bis(1-naphthyl)-1,1′-biphenyl-4,4′-diamine(NPB)阳极缓冲层被用来改善器件性能,研究了NPB阳极缓冲层对器件特性的影响.研究发现,1 nm厚的NPB改善了器件的载流子收集效率,增加了器件的短路电流与开路电压.当NPB缓冲层的厚度达到25 nm时,过厚的NPB导致串联电阻增加,使得器件特性大幅下降.通过电容-电压测试,进一步研究了不同厚度NPB对器件载流子注入与收集的影响,1 nm厚的NPB修饰并没有改善器件的载流子注入但是增加了器件对光生载流子的收集效率,过厚的NPB使得自由载流子的复合占据主导.适合厚度的NPB可以作为一种阳极缓冲层材料应用于聚合物太阳能电池提高器件特性.     

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.     

硼-碳和硼-氮量子点器件的输运特性研究

用第一性原理研究了硼-碳和硼-氮量子点器件的输运特性以及电流电压特性.研究结果表明相同数量原子组成的硼-碳和硼-氮器件其输运特性及电流电压特性有很大差别.硼-碳器件在Fermi能附近有较大的态密度,而硼-氮器件的能级在Fermi能附近有很大的间隙,Fermi能位于间隙中.从电流特性中可以看出,硼-碳器件表现出导体的特性,而硼-氮器件表现出半导体的特性.     

AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管温度传感器特性

本文制作了基于无栅AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管结构的温度传感器,并对其温度相关的电学特性进行了表征.实验测试了器件从50℃到400℃的变温电流-电压特性,研究了器件灵敏度随着器件沟道长宽比的变化,并研究了在300—500℃高温的空气和氮气中经过1 h恒温加热后器件的电学特性变化.理论与实验研究结果表明,随着器件沟道长宽比的增大,器件的灵敏度会随之上升;在固定电流0.01 A下,器件电压随温度变化的平均灵敏度为44.5 mV/℃.同时,稳定性实验显示器件具有较好的高温保持稳定性.     

ZnS修饰对ZnO纳米棒：P3HT复合薄膜I-V性质的影响

本文通过化学浴沉积法获得了直径约为50 nm, 长度约为250 nm的ZnO纳米棒阵列, 引入纳米ZnS对ZnO纳米棒进行表面修饰, 分别制备得到了具有ITO (indium tin oxides)/ZnO/Poly-(3-hexylthiophene) (P3HT)/Au和ITO/ZnO@ZnS/P3HT/Au结构的多层器件. 通过I-V曲线对比讨论了两种结构器件的开启电压, 串联电阻, 反向漏电流及整流比等参数, 认为包含ZnS修饰层器件的开启电压、串联电阻、反向漏电流明显降低, 整流比显著增强, 展现出更优异的电子传输性能. 光致发光光谱分析结果证实由于ZnS使ZnO纳米 棒的表面缺陷产生的非辐射复合被明显抑制, 弱化了电场激发下的载流子陷获, 改善了器件的导电特性. 关键词： ZnO纳米棒阵列 表面修饰 电流-电压特性     

U型槽刻蚀工艺对GaN垂直沟槽型金属-氧化物-半导体场效应晶体管电学特性的影响

U型槽的干法刻蚀工艺是GaN垂直沟槽型金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)器件关键的工艺步骤,干法刻蚀后GaN的侧壁状况直接影响GaN MOS结构中的界面态特性和器件的沟道电子输运.本文通过改变感应耦合等离子体干法刻蚀工艺中的射频功率和刻蚀掩模,研究了GaN垂直沟槽型MOSFET电学特性的工艺依赖性.研究结果表明,适当降低射频功率,在保证侧壁陡直的前提下可以改善沟道电子迁移率,从35.7 cm^2/(V·s)提高到48.1 cm^2/(V·s),并提高器件的工作电流.沟道处的界面态密度可以通过亚阈值摆幅提取,射频功率在50 W时界面态密度降低到1.90×10^12 cm^-2·eV^-1,比135 W条件下降低了一半.采用SiO2硬刻蚀掩模代替光刻胶掩模可以提高沟槽底部的刻蚀均匀性.较薄的SiO2掩模具有更小的侧壁面积,高能离子的反射作用更弱,过刻蚀现象明显改善,制备出的GaN垂直沟槽型MOSFET沟道场效应迁移率更高,界面态密度更低.