重离子成角度入射导致的锗硅异质结双极晶体管单粒子效应三维数值仿真

针对国产锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBTs),采用TCAD仿真,建立SiGe HBT单粒子效应三维损伤模型,研究重离子成角度入射SiGe HBT时单粒子效应电荷收集的关键因素。选择几个典型入射位置和不同入射角度进行数值仿真,通过分析器件结构和仿真结构来研究电荷收集机制。结果表明,无论是离子入射位置如何,只要离子径迹穿过器件的灵敏体积,就会引起大量电荷收集。电荷收集量不仅与离子径迹在SiGe HBT敏感体积内的长度有关,同时也受到浅槽隔离以及离子径迹和电极之间的距离的影响。此项工作对SiGe HBT空间实际应用,并进一步提出加固方案提供了理论依据。     

一种抑制单粒子瞬态响应的SiGe HBT工艺加固技术仿真

基于0.13 μm SiGe BiCMOS工艺,开展了无深槽NPN SiGe HBT工艺和器件仿真。模拟了带深P阱SiGe HBT的制备过程、常规电学特性和重离子单粒子效应。该器件与常规器件相比表现出更优的单粒子瞬态(SET)特性,在关态的SET响应峰值下降了80%,在最大特征频率工作点的SET响应峰值下降了27%,瞬态保持时间也大幅减小。使用深N阱和深P阱隔离同时抑制了集电区-衬底结的漂移载流子收集和衬底扩散载流子收集的过程,极大地提高了器件的SET性能。     

基于三维模型的InGaP/GaAs HBT单粒子效应仿真

为全面评估航天型号用元器件的抗辐射性能,对InGaP/GaAs异质结双极晶体管(Heterojunction Bipolar Transistor,HBT)的单粒子效应进行了仿真研究。首先,介绍了空间辐射环境中重离子诱发器件产生单粒子瞬态脉冲的机理。然后,建立了InGaP/GaAs HBT器件三维仿真模型,并利用蒙特卡罗方法模拟了不同能量的C、F、Cl、Br、I等重离子在器件中的射程和LET值。最后,基于ISE-TCAD仿真软件对器件的单粒子瞬态脉冲电流曲线进行了仿真和分析。结果表明:重离子在器件中产生的集电极瞬态脉冲电流可达几百微安,集电极瞬态脉冲电流与重离子的能量成反比,与离子的原子序数成正比。由此可知,InGaP/GaAs HBT器件对单粒子效应比较敏感,且对不同重离子的敏感程度不同。这可以为航天型号用元器件的设计选型和可靠性评估提供技术支撑。     

SiGe HBT单粒子效应关键影响因素数值仿真

针对锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT),采用半导体三维器件数值仿真工具,建立单粒子效应三维损伤模型,研究SiGe HBT单粒子效应的损伤机理,以及空间极端环境与器件不同工作模式耦合作用下的单粒子效应关键影响因素。分析比较不同条件下离子入射器件后,各端口瞬态电流的变化情况,仿真实验结果表明,不同工作电压下,器件处于不同极端温度、不同离子辐射环境,其单粒子瞬态的损伤程度有所不同,这与器件内部在不同环境下的载流子电离情况有关。     

锗硅异质结双极晶体管空间辐射效应研究进展

异质结带隙渐变使锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT)具有良好的温度特性,可承受-180~+200 ℃的极端温度,在空间极端环境领域具有诱人的应用前景。然而,SiGe HBT器件由于材料和工艺结构的新特征,其空间辐射效应表现出不同于体硅器件的复杂特征。本文详述了SiGe HBT的空间辐射效应研究现状,重点介绍了国产工艺SiGe HBT的单粒子效应、总剂量效应、低剂量率辐射损伤增强效应以及辐射协同效应的研究进展。研究表明,SiGe HBT作为双极晶体管的重要类型,普遍具有较好的抗总剂量和位移损伤效应的能力,但单粒子效应是制约其空间应用的瓶颈问题。由于工艺的不同,国产SiGe HBT还表现出显著的低剂量率辐射损伤增强效应响应和辐射协同效应。     

SiGe HBT的脉冲中子及γ辐射效应

测量了反应堆脉冲中子及γ辐照SiGe HBT典型电参数变化.在反应堆1×1013cm-2的脉冲中子注量和256.85Gy(Si)γ总剂量辐照后,SiGe HBT静态共射极直流增益减小了20%.辐照后基极电流、结漏电流增大,集电极电流、击穿电压减小.特征截止频率fT基本不变,fmax略有减小.初步分析了SiGe HBT反应堆脉冲中子及γ辐射的损伤机理.     

SiGe HBT的脉冲中子及γ辐射效应

测量了反应堆脉冲中子及γ辐照SiGe HBT典型电参数变化.在反应堆1×1013cm-2的脉冲中子注量和256.85Gy(Si)γ总剂量辐照后,SiGe HBT静态共射极直流增益减小了20%.辐照后基极电流、结漏电流增大,集电极电流、击穿电压减小.特征截止频率fT基本不变,fmax略有减小.初步分析了SiGe HBT反应堆脉冲中子及γ辐射的损伤机理.     

SiGe HBT大信号扩散电容模型研究

基于SiGe HBT（异质结双极晶体管）大信号等效电路模型，建立了SiGe HBT大信号发射结扩散电容模型和集电结扩散电容模型．该模型从SiGe HBT正反向传输电流出发，研究晶体管内可动载流子所引起的存储电荷（包括正向存储电荷和反向存储电荷）的基础上，同时考虑了厄利效应对载流子输运的影响，其物理意义清晰，拓扑结构简单。将基于大信号扩散电容模型的SiGe HBT模型嵌入PSPICE软件中，实现对SiGe HBT器件与电路的模拟分析。对该模型进行了直流特性模拟分析，直流模拟分析结果与文献报道的结果符合得较好，瞬态特性分析结果表明响应度好。     

0.13μm全耗尽绝缘体上硅晶体管单粒子效应仿真研究

利用计算机辅助设计Silvaco TCAD仿真工具,研究了0.13μm全耗尽绝缘体上硅(FD-SOI)晶体管单粒子瞬态效应,分析了不同线性能量转移(LET)、单粒子入射位置和工作偏置状态对单粒子瞬态的影响。结果表明,LET值的增加会影响沟道电流宽度,加大单粒子瞬态峰值及脉冲宽度。受入射位置的影响,由于栅极中央收集的电荷最多,FD-SOI器件的栅极中央附近区域单粒子瞬态效应最敏感。单粒子瞬态与器件工作偏置状态有很强的相关性,器件处于不同工作偏置状态下,关态偏置受单粒子效应影响最大,开态偏置具有最小的瞬态电流峰值和脉宽。     

锗硅异质结双极器件单粒子效应与加固技术研究进展

锗硅异质结双极晶体管(Silicon-Germanium Heterojunction Bipolar Transistors, SiGe HBT)具有高速、高增益、低噪声、易集成等多种优势,广泛应用于高性能模拟与混合信号集成电路。同时,基区能带工程带来的优异低温特性以及良好的抗总剂量、抗位移损伤能力使其拥有巨大的空间极端环境应用潜力。然而,SiGe HBT固有的器件结构使其对单粒子效应极为敏感,并严重制约了SiGe电路综合抗辐射能力的提升。针对上述问题,综述了SiGe HBT单粒子效应及加固技术的研究进展,详细阐述了SiGe HBT单粒子效应的基本原理,分析了影响单粒子效应敏感性的关键因素,并对比了典型加固方法取得的效果,从而为抗辐射SiGe工艺开发和电路设计提供参考。     

Experimental study of bias dependence of pulsed laser-induced single-event transient in SiGe HBT

This work presents a comprehensive investigation of single-event transient (SET) in SiGe HBT induced by pulsed laser irradiation at different bias conditions. The impacts of collector voltage V_CC and base voltage V_B on SET are compared and discussed. Experimental results show that SET in SiGe HBT highly depends on the applied bias conditions during irradiation. The underlying physical mechanisms are analyzed in detail. It is found that the variation of collector transient current approximately satisfies an ideal exponential discharge law. The additional discharge path plays a significant role in collector charge collection and discharge time constant once the transistors arrive at the reverse-active mode.     

65 nm体硅工艺NMOS中单粒子多瞬态效应的研究

针对NMOS场效应晶体管由重离子辐射诱导发生的单粒子多瞬态现象,参考65 nm体硅CMOS的单粒子瞬态效应的试验数据,采用TCAD仿真手段,搭建了65 nm体硅NMOS晶体管的TCAD模型,并进一步对无加固结构、保护环结构、保护漏结构以及保护环加保护漏结构的抗单粒子瞬态效应的机理和能力进行仿真分析。结果表明,NMOS器件的源结和保护环结构的抗单粒子多瞬态效应的效果更加明显。     

3-D simulation study of single event effects of SiGe heterojunction bipolar transistor in extreme environment

A 3-D simulation of single event effects (SEEs) for domestic Silicon–Germanium heterojunction bipolar transistor (SiGe HBT) in extreme environment is performed with TCAD simulation tools. The influences of environment temperature and linear energy transfer (LET) on SEE are investigated. The combined effects of temperature and LET are also discussed. The results show some interesting phenomena by analyzing collected charges and transient current. The collected charges increase as temperature rises, but the current peaks decline with temperature increasing at base, collector and substrate. However, the peak of emitter transient current rises up and then declines. As LET rises, the collected charges go up linearly, and the transient current peaks also increase but their growth trends are slow. Mobility, carrier ionization and recombination of various regions at different conditions are the main causes of these differences. Current transient is very severe at low temperature. But charge collection is sensitive to high temperature and high LET. Transient pulse caused by diffusion mechanism may have a serious effect on SEEs.     

Line-edge roughness induced single event transient variation in SOI FinFETs

The impact of process induced variation on the response of SOI FinFET to heavy ion irradiation is studied through 3-D TCAD simulation for the first time. When FinFET biased at OFF state configuration (V_gs=0, V_ds=V_dd) is struck by a heavy ion, the drain collects ionizing charges under the electric field and a current pulse (single event transient, SET) is consequently formed. The results reveal that with the presence of line-edge roughness (LER), which is one of the major variation sources in nano-scale FinFETs, the device-to-device variation in terms of SET is observed. In this study, three types of LER are considered: type A has symmetric fin edges, type B has irrelevant fin edges and type C has parallel fin edges. The results show that type A devices have the largest SET variation while type C devices have the smallest variation. Further, the impact of the two main LER parameters, correlation length and root mean square amplitude, on SET variation is discussed as well. The results indicate that variation may be a concern in radiation effects with the down scaling of feature size.     

运放和光耦的单粒子瞬态脉冲效应

利用脉冲激光模拟单粒子效应实验装置研究了通用运算放大器LM124J和光电耦合器HCPL5231的单粒子瞬态脉冲（SET）效应,获得了LM124J工作在电压跟随器模式下的瞬态脉冲波形参数与等效LET值的关系,甄别出该器件SET效应的敏感节点分布.初步分析了SET效应产生的机理.以HCPL5231为例,首次利用脉冲激光测试了光电耦合器的单粒子瞬态脉冲幅度、宽度与等效LET值的关系,并尝试测试了该光电耦合器的SET截面,实验结果与其他作者利用重离子加速器得到的数据符合较好,证实了脉冲激光测试器件单粒子效应的有效性.