质子辐照作用下浮栅单元的数据翻转及错误退火

本文利用60 MeV质子束流,开展了NAND (not and) flash存储器的质子辐照实验,获取了浮栅单元的单粒子翻转截面,分析了浮栅单元错误的退火规律,研究了质子辐照对浮栅单元的数据保存能力的影响.实验结果表明,浮栅单元单粒子翻转截面随质子能量的升高而增大,随质子注量的升高而减小.浮栅单元错误随着退火时间的推移持续增多,该效应在低能量质子入射时更为明显.经质子辐照后,浮栅单元的数据保存能力有明显的退化.分析认为高能质子通过与靶原子的核反应,间接电离导致浮栅单元发生单粒子翻转,翻转截面与质子注量的相关性是因为浮栅单元单粒子敏感性的差异.质子引起的非电离损伤会在隧穿氧化层形成部分永久性的缺陷损伤,产生可以泄漏浮栅电子的多辅助陷阱导电通道,导致浮栅单元错误增多及数据保存能力退化.     

Sensitivity of heavy-ion-induced single event burnout in SiC MOSFET

The energy deposition and electrothermal behavior of SiC metal-oxide-semiconductor field-effect transistor(MOSFET)under heavy ion radiation are investigated based on Monte Carlo method and TCAD numerical simulation.The Monte Carlo simulation results show that the density of heavy ion-induced energy deposition is the largest in the center of the heavy ion track.The time for energy deposition in SiC is on the order of picoseconds.The TCAD is used to simulate the single event burnout(SEB)sensitivity of SiC MOSFET at four representative incident positions and four incident depths.When heavy ions strike vertically from SiC MOSFET source electrode,the SiC MOSFET has the shortest SEB time and the lowest SEB voltage with respect to direct strike from the epitaxial layer,strike from the channel,and strike from the body diode region.High current and strong electric field simultaneously appear in the local area of SiC MOSFET,resulting in excessive power dissipation,further leading to excessive high lattice temperature.The gate-source junction area and the substrate-epitaxial layer junction area are both the regions where the SiC lattice temperature first reaches the SEB critical temperature.In the SEB simulation of SiC MOSFET at different incident depths,when the incident depth does not exceed the device's epitaxial layer,the heavy-ion-induced charge deposition is not enough to make lattice temperature reach the SEB critical temperature.     

浮栅器件的单粒子翻转效应

基于中国原子能科学研究院的HI-13加速器,利用不同线性能量传输(LET)值的重离子束流对4款来自不同厂家的90 nm特征尺寸NOR型Flash存储器进行了重离子单粒子效应试验研究,对这些器件的单粒子翻转(SEU)效应进行了评估。试验中分别对这些器件进行了静态和动态测试,得到了它们在不同LET值下的SEU截面。结果表明高容量器件的SEU截面略大于低容量的器件;是否加偏置对器件的翻转截面几乎无影响;两款国产替代器件的SEU截面比国外商用器件高。国产替代器件SEU效应的LET阈值在12.9 MeV·cm²/mg附近,而国外商用器件SEU效应的LET阈值处于12.9~32.5 MeV·cm²/mg之间。此外,针对单粒子和总剂量效应对试验器件的协同作用也开展了试验研究,试验结果表明总剂量累积会增加Flash存储器的SEU效应敏感性,分析认为总剂量效应产生的电离作用导致了浮栅上结构中的电子丢失和晶体管阈值电压的漂移,在总剂量效应作用的基础上SEU更容易发生。     

SiC JBS二极管和SiC MOSFET的空间辐照效应及机理

基于第六代650 V碳化硅结型肖特基二极管(SiC JBS Diode)和第三代900 V碳化硅场效应晶体管(SiC MOSFET),开展SiC功率器件的单粒子效应、总剂量效应和位移损伤效应研究。20～80 MeV质子单粒子效应实验中,SiC功率器件发生单粒子烧毁(SEB)时伴随着波浪形脉冲电流的产生,辐照后SEB器件的击穿特性完全丧失。SiC功率器件发生SEB时的累积质子注量随偏置电压的增大而减小。利用计算机辅助设计工具(TCAD)开展SiC MOSFET的单粒子效应仿真,结果表明,重离子从源极入射器件时,具有更短的SEB发生时间和更低的SEB阈值电压。栅-源拐角和衬底-外延层交界处为SiC MOSFET的SEB敏感区域,强电场强度和高电流密度的同时存在导致敏感区域产生过高的晶格温度。SiC MOSFET在栅压偏置(U_GS=3 V,U_DS=0 V)下开展钴源总剂量效应实验,相比于漏压偏置(U_GS=0 V,U_DS=300 V)和零压偏置(U_GS=U_DS=0...