背栅偏置对掩埋氧化层辐射感生陷阱电荷调控规律及机理北大核心

研究了辐照过程中施加背栅偏置对掩埋氧化层(BOX)辐射感生陷阱电荷的调控规律及机理。测试了130 nm部分耗尽绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管在不同背栅偏置条件下辐射损伤规律,试验结果显示辐照过程中施加正向背栅偏置可以显著增强辐射陷阱电荷产生,而施加负向背栅偏置并不能明显抑制氧化物陷阱电荷的产生,甚至在进一步提高负向偏置时会使氧化物陷阱电荷的数量上升。通过TCAD器件模拟仿真研究了背栅调控机理,研究结果表明:尽管负向背栅偏置可使辐射感生陷阱电荷远离沟道界面,但随着BOX层厚度减薄该区域电荷仍可导致器件电参数退化,且提高负向偏置电压可进一步增强陷阱电荷产生,加剧辐射损伤。     

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.     

3-D simulation of angled strike heavy-ion induced charge collection in silicon–germanium heterojunction bipolar transistors

This paper presents 3-D simulation of angled strike heavy-ion induced charge collection in domestic silicon-germanium heterojunction bipolar transistors （SiGe HBTs）. 3D damaged model of SiGe HBTs single-event effects （SEE） is built by TCAD simulation tools to research ions angled strike dependence. We select several different strike angles at variously typical ions strike positions. The charge collection mechanism for each terminal is identified based on analysis of the device structure and simulation results. Charge collection induced by angled strike ions presents a complex situation. Whether the location of device ions enters, as long as ions track through the sensitive volume, it will cause vast charge collection. The amount of charge collection of SiGe HBT is not only related to length of ions track in sensitive volume, but also influenced by STI and distance between ions track and electrodes. The simulation model is useful to research the practical applications of SiGe HBTs in space, and provides a theoretical basis for the further radiation hardening.     

超深亚微米互补金属氧化物半导体器件的剂量率效应

对0.18 μm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺的N型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)及静态随机存储器(SRAM)开展了不同剂量率下的电离总剂量辐照试验研究. 结果表明: 在相同累积剂量, SRAM的低剂量率辐照损伤要略大于高剂量率辐照的损伤, 并且低剂量率辐照损伤要远大于高剂量率辐照加与低剂量率辐照时间相同的室温退火后的损伤. 虽然NMOSFET 低剂量率辐照损伤略小于高剂量率辐照损伤, 但室温退火后, 高剂量率辐照损伤同样要远小于低剂量率辐照损伤. 研究结果表明0.18 μm CMOS工艺器件的辐射损伤不是时间相关效应. 利用数值模拟的方法提出了解释CMOS器件剂量率效应的理论模型.     

Bias Dependence of Radiation-Induced Narrow-Width Channel Effects in 65 nm NMOSFETs

The bias dependence of radiation-induced narrow-width channel effects(RINCEs) in 65-nm n-type metal-oxidesemiconductor field-effect transistors(NMOSFETs) is investigated. The threshold voltage of the narrow-width65 nm NMOSFET is negatively shifted by total ionizing dose irradiation, due to the RINCE. The experimental results show that the 65 nm narrow-channel NMOSFET has a larger threshold shift when the gate terminal is kept in the ground, which is contrary to the conclusion obtained in the old generation devices. Depending on the three-dimensional simulation, we conclude that electric field distribution alteration caused by shallow trench isolation scaling is responsible for the anomalous RINCE bias dependence in 65 nm technology.     

γ射线辐照对130 nm部分耗尽SOI MOS器件栅氧经时击穿可靠性的影响

研究了射线辐照对130 nm部分耗尽（Partially Depleted,PD）绝缘体上硅（Silicon on Insulator,SOI）工艺MOS器件栅氧经时击穿（Time-Dependent Dielectric Breakdown,TDDB）寿命的影响。通过测试和对比辐照前后NMOS和PMOS器件的转移特性曲线、阈值电压、关态泄漏电流以及TDDB时间等电参数,分析了射线辐照对PD-SOI MOS器件TDDB可靠性的影响。结果表明:由于射线辐照在栅极氧化层中产生了带正电的氧化物陷阱电荷,影响了器件内部势垒的分布,降低了电子跃迁的势垒高度,导致了电子遂穿的正反馈作用增强,从而缩短了器件栅氧化层经时击穿时间,最终造成器件栅极氧化层的可靠性下降。     

总剂量辐照对65 nm NMOSFET热载流子敏感参数的影响

为了研究总剂量辐射对纳米MOS晶体管热载流子效应的影响,对65 nm 体硅工艺的NMOS器件进行了总剂量辐射和热载流子试验,对比了辐射前后不同宽长比器件的跨导、栅极泄漏电流、线性饱和电流等电参数。结果表明,MOS器件的沟道宽度越窄,热载流子效应受辐射的影响越显著,总剂量辐射后热载流子效应对器件的损伤增强。分析认为,辐射在STI中引入的陷阱电荷是导致以上现象的主要原因。该研究结果为辐射环境下器件的可靠性评估提供了依据。     

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。     

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.     

不同规模SRAM辐射损伤效应的研究

通过对ETC公司的商用256 kb和1 Mb CMOS SRAM器件在不同偏置条件(包括静态偏置和动态读写偏置)下进行电离辐射效应的研究,获得了SRAM器件电气参数和功能出错数随总剂量的响应关系.实验结果表明,功耗电流随累积剂量的增加变化明显,可以作为表征SRAM辐射损伤的敏感参数,但功能出错数与功耗电流的变化不同步,与功耗电流没有必然联系,原因是功能出错主要由栅氧阈值电压负漂引起,而功耗电流的增加主要由栅氧和场氧阈值电压负漂造成的漏电引起.