重离子单粒子辐射对超薄栅氧化层可靠性影响分析

研究了重离子单粒子辐照（Single event effect,SEE）效应对超薄栅氧化层（1.2 nm厚度）的斜坡击穿电压（Voltage ramp dielectric breakdown,VRDB）的影响情况。采用209Bi（离子能量为1 043.7 MeV）对65 nm CMOS电容进行（1～2）×10⁷ion/cm²总注量的重离子辐射试验,并在辐射过程中进行VRDB试验。试验结果发现,经过209Bi重离子辐射后,超薄栅CMOS电容的泄漏电流略微增大,跨导-电压曲线稍有畸变;进行累积模式和反型模式的斜坡击穿测试,发现栅氧化层的斜坡击穿电压减小近5%。通过扫描电子显微镜（SEM）检查发现,重离子辐照后栅氧化层中形成微泄漏路径,导致其击穿电压降低,并强烈影响超薄栅氧化层的长期可靠性。     

偏置条件对NMOS器件X射线总剂量效应的影响

采用10 keV X射线,对NMOSFET在不同偏置条件下进行总剂量辐射,分析了辐照前后辐射感生的氧化物陷阱电荷与界面态电荷对MOS器件阈值电压的影响以及辐射导致漏电现象.实验结果表明,对于NMOSFET,On偏置条件是最劣偏置条件,Off偏置条件是最优偏置条件.     

偏压条件对光耦合器总剂量辐照效应的影响

通过对不同偏压条件对光耦合器总剂量辐照效应的影响进行研究,结果发现随着总剂量的增加,光耦合器电流转换率CTR会降低60％ ～ 80％,且输入低电流时光耦合器总剂量辐照损伤更严重,其原因可能是输入低电流时光耦合器内部发光二极管辐照过程中更容易产生非发光陷阱所致.     

超高总剂量辐射下SOI MOS器件特性研究

在超高总剂量辐射下,界面电荷的改变对MOS器件的阈值电压影响将越来越显著,甚至会引起NMOS的阈值电压增加,即所谓的“反弹”现象。文章研究的SOI NMOS的阈值电压并没有出现文献中所述的“反弹”,原因可能和具体的工艺有关。另外,通过工艺器件仿真和辐射试验验证,SOI器件在超高总剂量辐射后的漏电不仅仅来自于闽值电压漂移所导致的背栅甚至前栅的漏电流,而是主要来自于前栅的界面态的影响。这样,单纯的对埋层SiO2进行加固来减少总剂量辐射后埋层SiO2中的陷阱正电荷,并不能有效提高SOI MOS器件的抗超高总剂量辐射性能。     

SOI MOSFET器件X射线总剂量效应研究

研究了以10keV X射线为辐照源对注氧隔离(SIMOX)SOI MOSFET器件进行辐照的总剂量效应.采用ARACOR 10keV X射线对埋氧层加固样品与未加固的对比样品在开态和传输门态两种辐照偏置下进行辐照,分析了器件的特性曲线,并计算了SOI MOS器件前栅与寄生背栅晶体管辐照前后的阈值电压的漂移.实验结果表明,加固样品的抗辐射性能优越,且不同的辐照偏置对SOI MOSFET器件的辐照效应产生不同的影响.     

空间高能离子在纳米级SOI SRAM中引起的单粒子翻转特性及物理机理研究

基于蒙特卡罗方法研究空间高能离子在65—32 nm绝缘体上硅静态随机存取存储器(SOI SRAM)中产生的灵敏区沉积能量谱、单粒子翻转截面和空间错误率特性及内在的物理机理.结果表明:单核能为200 MeV/n的空间离子在60—40 nm厚的灵敏区中产生的能损歧离导致纳米级SOI SRAM在亚线性能量转移阈值区域出现单粒子翻转;宽的二次电子分布导致灵敏区仅能部分收集单个高能离子径迹中的电子-空穴对,致使灵敏区最大和平均沉积能量各下降25%和33.3%,进而引起单粒子翻转概率降低,以及在轨错误率下降约80%.发现俘获带质子直接电离作用导致65 nm SOI SRAM的在轨错误率增大一到两个数量级.     

SOI MOSFET 抗辐射加固的常用方法与新结构

SOI CMOS技术存在许多优势,但由于存在厚的埋氧层,其总剂量效应反而比体Si器件更差,因此需进行总剂量抗辐射加固设计.对几种SOI MOSFET的栅氧、埋氧和场氧总剂量抗辐射加固的方法进行了对比较分析,指出了各自的优劣势,给出了研究方向.并对FLEXFET和G4-FET三维SOI器件抗辐射加固新结构进行了阐述,分析了其优越性.     

电离辐射中SOI MOSFETs的背栅异常kink效应研究

采用10keV X射线研究了部分耗尽SOI MOSFETs的总剂量辐射效应.实验结果显示,在整个辐射剂量范围内,前栅特性保持良好;而nMOSFET和pMOSFET的背栅对数Id-Vg2曲线中同时出现了异常kink效应.分析表明电离辐射在埋氧/顶层硅(BOX/SOI)界面处产生的界面态陷阱是导致异常kink效应产生的原因.基于MEDICI的二维器件模拟结果进一步验证了这个结论.     

SOI器件X射线与60Co γ射线总剂量效应比较

为进行10 keV X射线和60Co γ射线总剂量辐射效应的比较,采用这两种辐射源对SOI (Silicon-on-Insulator) n-MOSFET在不同偏置条件下进行总剂量辐照试验,分析了SOI NMOS器件在两种辐射源下辐照前后的阈值电压的漂移值并进行比较.实验结果表明,SOI NMOS器件的前栅特性中X射线与60Co γ射线辐照感生阈值电压漂移值的比值α随总剂量增加而增大,而背栅特性中α值在不同偏置条件下变化趋势是不同的;在总剂量为1×106 rad(Si)时,前栅器件α值为0.6～0.75,背栅器件α值为0.76～1.0.