应变绝缘层上硅锗p型金属氧化物场效应晶体管的阈值电压解析模型

分析研究了应变绝缘层上硅锗p型金属氧化物场效应晶体管(SGOI pMOSFET)的阈值电压模型,修正了应变作用下SGOI pMOSFET的能带模型,并提取了主要的物理参量.这些典型的参量包括禁带宽度、电子亲和能、内建势等.给出了应变硅SGOI pMOSFET内部电势分布的二维泊松方程,通过边界条件求解方程,得出了准确的阈值电压模型,并且验证了该模型的正确性.     

沟道长度和宽度对石墨烯场效应晶体管电荷输运的影响

本文基于理论的方法研究了沟道长度和宽度对石墨烯场效应晶体管中大信号和小信号参数的影响. 在快速饱和及高特征频率条件下,石墨烯场效应晶体管均表现出优异的性能. 从传递曲线可以看到,随着沟道长度从440 nm变到20 nm,产生了一个从0.15 V 到0.35 V的狄拉克点正偏移,同时也揭示了石墨烯的双极特性. 而且,由于沟道变宽及漏电流增加,当沟道宽度为2 μm和5 μm时,相应的最大电流为2.4 mA和6 mA. 另外,还在石墨烯场效应晶体管中观察到了几乎对称的电容-电压特性,电容会随着沟道变短而减小,但另一方面电容又可以通过沟道展宽来增加. 最后,在沟道长度为20 nm处获得了一个6.4 mS的高跨导,在沟道宽度为5 μm处获得的跨导值为4.45 mS,特征频率为3.95 THz.     

总剂量效应致0.13μm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热载流子增强效应

空间科学的进步对航天用电子器件提出了更高的性能需求, 绝缘体上硅(SOI)技术由此进入空间科学领域, 这使得器件的应用面临深空辐射环境与地面常规可靠性的双重挑战. 进行SOI N型金属氧化物半导体场效应晶体管电离辐射损伤对热载流子可靠性的影响研究, 有助于对SOI器件空间应用的综合可靠性进行评估. 通过预辐照和未辐照、不同沟道宽长比的器件热载流子试验结果对比, 发现总剂量损伤导致热载流子损伤增强效应, 机理分析表明该效应是STI辐射感生电场增强沟道电子空穴碰撞电离率所引起. 与未辐照器件相比, 预辐照器件在热载流子试验中的衬底电流明显增大, 器件的转移特性曲线、输出特性曲线、跨导特性曲线以及关键电学参数V_T, GM_max, ID_SAT退化较多. 本文还对宽沟道器件测试中衬底电流减小以及不连续这一特殊现象进行了讨论.     

硅锗量子阱埋沟场效应晶体管

 现代科学技术的发展、自动化程度的提高、计算机应用的普及,需要越来越多的高速大规模、超大规模集成电路.金属/氧化物/半导体场效应晶体管(MOSFET) 由于其工艺简单、产额高、功耗低、抗干扰能力强、输入阻抗高、易于大规模集成,在大规模集成电路领域内很受人们青睐.尤其是互补型金属/氧化物/半导体场效应晶体管(CMOS)电路,可在单电流下工作,且工作电压范围广、噪声容限大、集成度高.几乎有取代双极型晶体管集成电路的趋势.然而,CMOS电路的速度因受ρ沟MOS中空穴迁移率的限制,不如双极型器件的快,使它的应用受到一定的限制.如能提高它的工作速度,则可使MOS电路具有更强的生命力.     

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.     

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.     

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.     

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.     

Suppressing the hot carrier injection degradation rate in total ionizing dose effect hardened nMOSFETs

Annular gate nMOSFETs are frequently used in spaceborne integrated circuits due to their intrinsic good capability of resisting total ionizing dose (TID) effect. However, their capability of resisting the hot carrier effect (HCE) has also been proven to be very weak. In this paper, the reason why the annular gate nMOSFETs have good TID but bad HCE resistance is discussed in detail, and an improved design to locate the source contacts only along one side of the annular gate is used to weaken the HCE degradation. The good TID and HCE hardened capability of the design are verified by the experiments for I/O and core nMOSFETs in a 0.18 μm bulk CMOS technology. In addition, the shortcoming of this design is also discussed and the TID and the HCE characteristics of the replacers (the annular source nMOSFETs) are also studied to provide a possible alternative for the designers.     

Impact of substrate injected hot electrons on hot carrier degradation in a 180-nm NMOSFET

Although hot carriers induced degradation of NMOSFETs has been studied for decades, the role of hot electron in this process is still debated. In this paper, the additional substrate hot electrons have been intentionally injected into the oxide layer to analyze tile role of hot electron in hot carrier degradation. The enhanced degradation and the decreased time exponent appear with the injected hot electrons increasing, the degradation increases from 21.80% to 62.00% and the time exponent decreases from 0.59 to 0.27 with Vb decreasing from 0 V to -4 V, at the same time, the recovery also becomes remarkable and which strongly depends on the post stress gate bias Vg. Based on the experimental results, more unrecovered interface traps are created by the additional injected hot electron from the breaking Si-H bond, but the oxide trapped negative charges do not increase after a rapid recovery.     

Model of hot-carrier induced degradation in ultra-deep sub-micrometer nMOSFET

The degradation produced by hot carrier(HC) in ultra-deep sub-micron n-channel metal oxide semiconductor field effect transistor(nMOSFET) has been analyzed in this paper. The generation of negatively charged interface states is the predominant mechanism for the ultra-deep sub-micron nMOSFET. According to our lifetime model of p-channel MOFET(pMOFET) that was reported in a previous publication, a lifetime prediction model for nMOSFET is presented and the parameters in the model are extracted. For the first time, the lifetime models of nMOFET and pMOSFET are unified. In addition, the model can precisely predict the lifetime of the ultra-deep sub-micron nMOSFET and pMOSFET.     

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.