SOI新结构——SOI研究的新方向

SOI（silicon-on-insulator：绝缘体上单晶硅薄膜）技术已取得了突破性的进展，但一般SOI结构是以SiO2作为绝缘埋层，以硅作为顶层的半导体材料，这样导致了一些不利的影响，限制了其应用范围。为解决这些问题和满足一些特殊器件／电路的要求，探索研究新的SOI结构成为SOI研究领域新的热点。如SOIM，GPSOI，GeSiOI，SionAlN，SiCOI，GeSiOI，SSOI等。文章将结合作者的部分工作，报道SOI新结构研究的新动向及其应用。     

采用局域注氧技术制备的新型DSOI场效应晶体管的热特性

通过局域注氧工艺 ,在同一管芯上制作了 DSOI、体硅和 SOI三种结构的器件 .通过测量和模拟比较了这三种结构器件的热特性 .模拟和测量的结果证明 DSOI器件与 SOI器件相比 ,具有衬底热阻较低的优点 ,因而 DSOI器件在保持 SOI器件电学特性优势的同时消除了 SOI器件严重的自热效应 .DSOI器件的衬底热阻和体硅器件非常接近 ,并且在进入到深亚微米领域以后能够继续保持这一优势 .     

基于迁移率波动的MOSFET线性区域1／f噪声模型

统一的1/f噪声模型,例如BSIM3模型,已经在噪声预测与分析中有着广泛的应用,在多数情况下有很好的效果.然而文献[1]中基于物理机理分析的研究表明,统一的1/f噪声模型对处于线性区p-MOSFET不能进行正确的描述:当偏置电压V_gs增加时,该模型低估了噪声功率的增加.据此,本文提出了一种基于物理机理的迁移率波动(MF)1/f噪声模型,并给出了新MF模型与统一的1/f噪声模型在线性区的仿真结果.从仿真结果可以看出,新噪声模型更接近于测试的结果.     

薄膜SOI材料MOSFET的高温泄漏电流

在对体硅MOSFET高温泄漏电流研究的基础上,深入研究了SOI材料MOSFET泄漏电流的组成、解析式及高温模拟结果,并与体硅MOSFET进行了比较,证明薄膜SOI材料MOSFET的高温泄漏电流明显减小,因而在高温领域中有着广阔的应用前景。     

SOI光波导和集成波导光开关矩阵

报道了基于SOI (silicon-on-insulator）材料的光波导和集成波导光开关矩阵的最新研究进展. 给出了截面为梯形的脊波导的单模条件，设计制备了MMI (multimode interference）集成耦合器和基于Mach-Zehnder光波导干涉仪的热光型2×2光开关，开关转换速度达到了5～8μs，驱动功耗仅为140mW，是当前国际上同类型光开关中转换速度最快的. 在此基础上制备成功了4×4波导光开关矩阵，并实现了光信号在不同信道间的转换.     

SOI电路窄沟槽隔离技术研究

文章利用SOI材料片做衬底,开展了SOI电路窄沟槽隔离技术的研究,解决了窄槽刻蚀、多晶硅回填、平整化等技术难题,获得了优化的SOI电路窄沟槽隔离工艺技术条件;岛与岛之间的隔离击穿达到300 V,为下一步研制生产SOI电路打下了坚实的基础.     

3-D electrothermal simulation of active cycling on smart power MOSFETs during short-circuit and UIS conditions

Active cycling of power devices operated in harsh conditions causes high power dissipation, resulting in critical electrothermal and thermo-mechanical effects that may lead to catastrophic failures. This paper analyzes the ageing-induced degradation of the chip metallization of a power MOSFET and its impact on the device robustness during short-circuit and unclamped inductive switching tests. A 3-D electrothermal simulator relying on a full circuit representation of the whole device is used to predict the influence of various ageing levels. It is found that ageing can jeopardize the robustness of the transistor when subject to short-circuit conditions due to the exacerbated de-biasing effect on the gate-source voltage distribution; conversely, this mechanism does not arise under unclamped inductive switching conditions. This allows explaining the difference in time-to-failure experimentally observed for the transistors subject to these tests and dissipating the same energy.     

SOI LIGBT抗闩锁效应的研究与进展

概述了绝缘层上硅横向绝缘栅双极晶体管(SOI LIGBT)抗闩锁结构的改进历程,介绍了从早期改进的p阱深p+欧姆接触SOI LIGBT结构到后来的中间阴极SOI LIGBT、埋栅SOILIGBT、双沟道SOI LIGBT、槽栅阳极短路射频SOI LIGBT等改进结构;阐述了一些结构在抗闩锁方面的改善情况,总结指出抑制闩锁效应发生的根本出发点是通过降低p基区电阻的阻值或减小流过p基区电阻的电流来削弱或者切断寄生双极晶体管之间的正反馈耦合。     

一种新的Halo掺杂圆柱围栅MOSFET阈值电压解析模型

通过在圆柱坐标系中精确求解泊松方程,建立了全新的Halo掺杂圆柱围栅MOSFET静电势,电场以及阈值电压的解析模型。与采用抛物线电势近似法得到的解析模型相比,当沟道半径远大于氧化层厚度时,新模型更为精确。模型还考虑了Halo区掺杂浓度、氧化层厚度以及沟道半径对器件阈值电压特性的影响。结果表明,采用中等程度的halo区掺杂浓度、较薄的栅氧化层以及较小的沟道半径可以有效改善器件的阈值电压特性。解析模型与三维数值模拟软件ISE所得结果高度吻合。     

SOINMOSFET的双峰及辐射效应研究

通过对SOINMOFET的总剂量辐照试验,对器件辐照中的双峰效应进行研究。文中给出了双峰效应的表征。试验结果表明双峰的形状随辐照总剂量的增加而改变,并分析了具体的原因。另外,背栅晶体管对主要晶体管的耦合效应要远远大于其对寄生晶体管的作用。