埋氧注氮工艺对部分耗尽SOI PMOSFET顶栅氧的辐射硬度的影响

研究了埋氧注氮对部分耗尽SOI PMOSFET顶栅氧的总剂量辐射硬度所造成的影响。注入埋氧的氮剂量分别是8×1015 , 2×1016 和1×1017cm-2。实验结果表明，辐照前，晶体管的阈值电压随氮注入剂量的增加向负方向漂移。在正2V的栅偏压下，经5×105 rad(Si)的总剂量辐照后，同埋氧未注氮的晶体管相比，埋氧注氮剂量为8×1015 cm-2的晶体管呈现出了较小的阈值电压漂移量。然而，当注氮剂量高达2×1016 和 1×1017cm-2时，所测大多数晶体管的顶栅氧却由于5×105 rad(Si)的总剂量辐照而受到了严重损伤。另外，对于顶栅氧严重受损的晶体管，其体-漏结也受到了损伤。所有的实验结果可通过氮注入过程中对顶硅的晶格损伤来解释。     

部分耗尽SOI MOSFET总剂量效应与偏置状态的关系

实验表明SOI MOSFET掩埋氧化层中的总剂量辐射效应与辐射过程中的偏置状态有关. 对诱发背沟道泄漏电流的陷阱电荷进行了研究. 建立一个数值模型来模拟不同偏置下陷进电荷的建立, 它包括辐射产生的载流子复合和俘获的过程. 模拟结果与实验结果相符, 解释了总剂量辐射效应受偏置状态影响的机理.     

总剂量辐照下沟道长度对部分耗尽绝缘体上硅p型场效应晶体管电特性的影响

本文通过实验研究了0.8μm PD(Partially Depleted)SOI(Silicon-On-Insulator)p型Metal-oxidesemiconductor-feld-efect-Transistor(MOSFET)经过剂量率为50 rad(Si)/s的60Coγ射线辐照后的总剂量效应,分析了沟道长度对器件辐照效应的影响.研究结果表明:辐照总剂量相同时,短沟道器件的阈值电压负向漂移量比长沟道器件大,最大跨导退化的更加明显.通过亚阈值分离技术分析得到,氧化物陷阱电荷是引起阈值电压漂移的主要因素.与长沟道器件相比,短沟道器件辐照感生的界面陷阱电荷更多.     

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.     

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.     

超薄屏蔽层300 V SOI LDMOS抗电离辐射总剂量仿真研究

本文研究了300 V绝缘体上硅横向双扩散金属氧化物半导体场效应管在电离辐射总剂量效应下的线性电流退化机理,提出了一种具有超薄屏蔽层的抗辐射结构实现线性电流加固.超薄屏蔽层位于器件场氧化层的下方,旨在阻止P型掺杂层表面发生反型,从而截断表面电流路径,有效抑制线性电流的退化.对于横向双扩散金属氧化物半导体场效应管,漂移区上的场氧化层中引入的空穴对线性电流的退化起着主导作用.本文基于器件工艺仿真软件,研究器件在辐照前后的电学特性,对超薄屏蔽层的长度、注入能量、横向间距进行优化,给出相应的剂量窗口,在电离辐射总剂量为0—500 krad(Si)的条件下,将最大线性电流增量从传统结构的447%缩减至10%以内,且辐照前后击穿电压均维持在300 V以上.     

半导体器件总剂量辐射效应的热力学影响

对商用三极管和MOS场效应晶体管进行了不同环境温度下的总剂量辐照实验,对比了不同辐照温度对这两种器件辐射效应特性的影响。实验结果表明,对于同一辐照总剂量,三极管的基极电流、电流增益和MOS场效应晶体管的阈值电压漂移值都随着辐照温度的不同而存在较大的差异。总剂量为100 krad,辐照温度分别为25,70,100 ℃时,NPN三极管的电流增益倍数分别衰减了71,89和113,而NMOS晶体管的阈值电压V_T分别减少了3.53,2.8,2.82 V。     

沟道宽长比对深亚微米NMOSFET总剂量辐射与热载流子损伤的影响

本文对不同沟道宽长比的NMOSFET进行了辐射与热载流子应力的试验研究,电参数测量数据表明: 虽然两种损伤的原理具有相似之处,但总剂量辐射与热载流子的损伤表现形式及对沟道宽长比的依赖关系均不同.辐射损伤的最大特点是关态泄漏电流增加,并且损伤与沟道宽长比成反比;热载流子损伤会造成跨导等参数的显著变化,但关态泄漏电流无明显改变,并且损伤随沟道长度与宽度的减小而增大.从二者基本原理出发,结合宏观参数的表现形式,文中对辐射与热载流子损伤进行了详细分析,认为造成二者损伤差异及对沟道宽长比不同依赖关系的原因在于辐射与热载子注入引入的陷阱电荷部位不同.因此对两种损伤进行加固时应重点从器件设计尺寸、结构等方面综合考虑.     

等离子体浸没离子注入制备黑硅抗反射层及其光学特性研究

表面织构是一种有效降低表面反射率、提高硅基太阳能电池效率的方法. 采用等离子体浸没离子注入的方法制备了黑硅抗反射层.分别通过原子力显微镜和紫外-可见-近红外分光光度计对黑硅样品表面形貌和反射率进行分析, 结果发现黑硅样品表面布满了高度为0—550 nm的山峰状结构, 结构层中硅体积分数和折射率随抗反射层厚度增加而连续降低. 在300—1000 nm波段范围内,黑硅样品的加权平均反射率低至6.0%. 通过传递矩阵方法对黑硅样品反射谱进行模拟,得到的反射谱与实测反射谱非常符合.     

用硅离子注入方法制备的纳米硅的拉曼散射研究

在直角散射配置下测量了纳米硅样品的拉曼散射谱及其退火温度的关系。结果表明,在８００℃以下退火的样品只观察到单晶硅衬底的光学声子模,在９００℃以上退火,才观察到纳米硅的特征拉曼散射峰。在１２００℃下退火后,纳米硅的特征拉曼散射峰消失,观察到类似于非晶硅的光学声子特征峰,可能表示纳米硅不能承受这样的高温热退火。这些结果进一步证实了光致发光谱的结果。     

Research on total-dose hardening for H-gate PD NMOSFET/SIMOX by ion implanting into buried oxide

In this work, we investigate the back-gate I-V characteristics for two kinds of NMOSFET/ SIMOX transistors with H gate structure fabricated on two different SOI wafers. A transistors are made on the wafer implanted with Si⁺ and then annealed in N₂,and B transistors are made on the wafer without implantation and annealing. It is demonstrated experimentally that A transistors have much less back-gate threshold voltage shift ΔV_th than B transistors under X-ray total dose irradiation. Subthreshold charge separation technique is employed to estimate the build-up of oxide charge and interface traps during irradiation, showing that the reduced ΔV_th for A transistors is mainly due to its less build-up of oxide charge than B transistors. Photoluminescence (PL) research indicates that Si implantation results in the formation of silicon nanocrystalline (nanocluster) whose size increases with the implant dose. This structure can trap electrons to compensate the positive charge build-up in the buried oxide during irradiation, and thus reduce the threshold voltage negative shift.     

He离子注入单晶Si纳米气泡形成生长及其应用探讨

首先简述了He离子注入单晶Si引起的气泡形成、生长以及其它缺陷对其生长的影响,介绍了Si中He气泡生长的可能微观机制以及它们在现代半导体技术中潜在的应用前景,提出了该领域研究有待解决的关键问题.He ion implantation induced bubbles or cavities in silicon have been paid more and more attentions due to their potential applications in modern semiconductor technology. In this paper, He ion implantation induced formation and growth of bubbles in silicon together with their interactions with other defects were first briefly reviewed. Then the possible growth mechanisms of He bubbles in silicon and their potential applications in modern semiconductor technology were described. Finally, we presented the ke...     

H等离子体处理对Si中He注入空腔引起的效应

室温下分别采用40,160和1550 keV的He离子注入单晶Si样品到相同的剂量5×10¹⁶cm^-2,部分经He注入过的样品然后再分别接受高密度H等离子体处理.利用透射电子显微镜分析比较了随后800°C高温退火引起的空腔形成.结果表明,附加的H等离子体处理对空腔生长所产生的效应明显地依赖于He离子的能量.对于40 keV He离子注入,空腔的形成和热生长似乎不受H等离子体处理的影响,而对于160 keV He离子注入,附加的等离子体处理则促进了空腔的生长并伴随着空腔分布区域的变窄.对于1550keV He离子注入,H等离子体处理对空腔产生的效应介于40和160 keV注入情况之间.结合H等离子体处理在Si中所引起的缺陷的产生及其热演变过程对实验结果进行了讨论.     

Radiation response of pseudo-MOS transistors fabricated in hardened fully-depleted SIMOX SOI wafers

The total dose radiation response of pseudo-MOS transistors fabricated in hardened and unhardened FD （fully-depleted） SIMOX （Separation by Implanted Oxygen） SOI （Silicon-on-insulator） wafers is presented. At 1 Mrad（Si） radiation dose, the threshold voltage shift of the pseudo-MOS transistor is reduced from -115.5 to -1.9 V by the hardening procedure. The centroid location of the net positive charge trapped in BOX, the hole-trap density and the hole capture fraction of BOX are also shown. The results suggest that hardened FD SIMOX SOI wafers can perform well in a radiation environment.     

Radiation response of pseudo-MOS transistors fabricated in hardened fully-depleted SIMOX SOI wafers

The total dose radiation response of pseudo-MOS transistors fabricated in hardened and unhardened FD (fully-depleted) SIMOX (Separation by Implanted Oxygen) SOI (Silicon-on-insulator) wafers is presented.At 1 Mrad(Si) radiation dose, the threshold voltage shift of the pseudo-MOS transistor is reduced from -115.5 to -1.9 V by the hardening procedure.The centroid location of the net positive charge trapped in BOX, the hole-trap density and the hole capture fraction of BOX are also shown.The results suggest that hardened FD SIMOX SOI wafers can perform well in a radiation environment.     

Si离子注入和H等离子体处理对单晶Si中空腔生长的影响研究

室温下首先采用160keVHe离子注入单晶Si样品到剂量5×10¹⁶ions/cm²,部分样品再接受80keVSi离子辐照到较高的剂量5×10¹⁵ions/cm²或接受高密度H等离子体处理.应用透射电镜观测分析了800℃高温退火引起的空腔的形成形貌.结果表明,附加Si离子辐照或H等离子体处理会影响Si中空腔的生长.就Si离子附加辐照而言,由于辐照引入富余的间隙子型缺陷,因此,它会抑制空腔的生长,而高密度H等离子体处理则有助于空腔的生长.定性地讨论了实验结果.     

氮氟复合注入对注氧隔离SOI材料埋氧层内固定正电荷密度的影响

为了抑制埋层注氮导致的埋层内正电荷密度的上升, 本文采用氮氟复合注入方式, 向先行注氮的埋层进行了注氮之后的氟离子注入, 并经适当的退火, 对埋层进行改性. 利用高频电容-电压 (C-V) 表征技术, 对复合注入后的埋层进行了正电荷密度的表征. 结果表明, 在大多数情况下, 氮氟复合注入能够有效地降低注氮埋层内的正电荷密度, 且其降低的程度与注氮后的退火时间密切相关. 分析认为, 注氟导致注氮埋层内的正电荷密度降低的原因是在埋层中引入了与氟相关的电子陷阱. 另外, 实验还观察到, 在个别情况下, 氮氟复合注入引起了埋层内正电荷密度的进一步上升. 结合测量结果, 讨论分析了该现象产生的原因. 关键词： 绝缘体上硅(SOI) 材料 注氮 注氟 埋氧层正电荷密度     

硅微条探测器的辐射损伤试验

测量了硅微条探测器在辐照前后的坪曲线、脉冲高度与偏置电压的关系，及辐照后的总漏电流和黑洞的大小.     

Improvement of total-dose irradiation hardness of silicon-on-insulator materials by modifying the buried oxide layer with ion implantation

The hardening of the buried oxide (BOX) layer of separation by implanted oxygen (SIMOX) silicon-on-insulator (SOI) wafers against total-dose irradiation was investigated by implanting ions into the BOX layers. The tolerance to total-dose irradiation of the BOX layers was characterized by the comparison of the transfer characteristics of SOI NMOS transistors before and after irradiation to a total dose of 2.7 Mrad(SiO₂. The experimental results show that the implantation of silicon ions into the BOX layer can improve the tolerance of the BOX layers to total-dose irradiation. The investigation of the mechanism of the improvement suggests that the deep electron traps introduced by silicon implantation play an important role in the remarkable improvement in radiation hardness of SIMOX SOI wafers.