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。     

用于DC／DC转换器的VDMOS器件抗辐照性能与低频噪声研究

通过对用于DC／DC转换器的N型和P型VDMOS器件在^60Coy射线下的辐照实验，研究了不同封装VDMOS器件在不同偏置条件下辐照前后的电参数和低频噪声变化。实验表明：辐照前后该类器件的低频噪声主要表现为1／f噪声，随着辐照剂量的增加，其幅值明显增加，阈值电压发生负向漂移，但前者的变化比后者大1～2个数量级。基于上述实验结果，进一步的理论分析认为：P型VDMOS器件比N型VDMOS器件更适合空间应用。     

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.     

体效应对超深亚微米SOI器件总剂量效应的影响

研究体偏置效应对超深亚微米绝缘体上硅（SOI,Silicon-on-insulator）器件总剂量效应的影响.在TG偏置下,辐照130nm PD（部分耗尽,partially depleted）SOI NMOSFET（N型金属-氧化物半导体场效应晶体管,n-type Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）器件,监测辐照前后在不同体偏压下器件的电学参数.短沟道器件受到总剂量辐照影响更敏感,且宽长比越大,辐射导致的器件损伤亦更大.在辐射一定剂量后,部分耗尽器件将转变为全耗尽器件,并且可以观察到辐射诱导的耦合效应.对于10μm/0.35μm的器件,辐照后出现了明显的阈值电压漂移和大的泄漏电流.辐照前体偏压为负时的转移特性曲线相比于体电压为零时发生了正向漂移.当体电压Vb=-1.1V时部分耗尽器件变为全耗尽器件,|Vb|的继续增加无法导致耗尽区宽度的继续增加,说明体区负偏压已经无法实现耗尽区宽度的调制,因此器件的转移特性曲线也没有出现类似辐照前的正向漂移.     

高压VDMOS器件的研制及其抗辐照特性研究

利用SILVACO工艺模拟软件和器件模拟软件以及L—Edit版图设计工具,我们对一款高压VDMOS功率器件进行了模拟仿真和优化设计。利用自主开发的VDMOS工艺流程完成了器件的实际流片。测试结果表明,器件的源漏击穿电压达到600V以上,导通电阻小于2．5Ω,跨导为4S,栅一源泄漏电流约为±100nA,零栅电压时的漏一源泄漏电流约为10υA,二极管正向压降约为1．2V。采用二维器件模拟仿真工具以及相关物理模型对所研制的高压VDMOS器件的SEB和SEGR效应进行了分析,并通过对所研制的器件样片采用钴-60y射线源进行辐照实验,研究了在一定剂量率、不同总剂量水平下辐照对所研制的高压VDMOS器件相关电学参数的影响。     

60Co γ射线对增强型GaN HEMT直流特性的影响

利用⁶⁰Co γ射线对P型栅增强型氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)开展零偏置状态下总剂量辐射试验及常温退火试验,测试GaN HEMT直流特性参数对总剂量效应(TID)的响应规律。试验结果表明,γ射线辐照后器件阈值电压、跨导峰值和饱和漏极电流发生不同程度的退化,而栅泄露电流和导通电阻变化甚微。在剂量为0.6 Mrad (Si)的条件下,经过120 h的退火试验,器件阈值电压未发生明显的恢复,跨导峰值反而有轻微退化的趋势。从试验数据可知,器件直流特性退化主要是由于辐照引起二维电子气(2DEG)浓度下降,载流子迁移率降低,感生界面态陷阱导致。研究结果对GaN HEMT器件宇航应用可靠性的评估给予了有益参考。     

埋氧离子注入对P型部分耗尽SOI电学与低频噪声的影响

针对抗辐照SOI PMOS器件的直流特性与低频噪声特性展开试验与理论研究,分析离子注入工艺对PMOS器件电学性能的影响,并预测其稳定性的变化。首先,对离子注入前后PMOS器件的阈值电压、迁移率和亚阈摆幅进行提取。测量结果表明:埋氧化层离子注入后,器件背栅阈值电压由-43.39 V变为-39.2 V,空穴有效迁移率由127.37 cm2/Vs降低为80.45 cm2/Vs,亚阈摆幅由1.35 V/dec增长为1.69 V/dec;结合背栅阈值电压与亚阈摆幅的变化,提取得到埋氧化层内电子陷阱与背栅界面态数量的变化。随后,分析器件沟道电流噪声功率谱密度随频率、沟道电流的变化,提取γ因子与平带电压噪声功率谱密度,由此计算得到背栅界面附近的缺陷态密度。基于电荷隧穿机制,提取离子注入前后埋氧化层内陷阱态随空间分布的变化。最后,基于迁移率随机涨落机制,提取得到离子注入前后PMOS器件的平均霍格因子由6.19×10-5增长为2.07×10-2,这表明离子注入后器件背栅界面本征电性能与应力稳定性将变差。     

不同偏置下全耗尽SOI NMOSFET总剂量抗辐射的研究

研究了不同偏置条件下,全耗尽SOI NMOSFET的总剂量抗辐射特性,主要讨论不同偏置条件对器件中陷获电荷的产生和分布,以及由此对器件性能产生的影响.通过器件模拟发现,在辐射过程中器件的偏置条件不同,造成器件的有源区和埋氧层中电场的分布有着很大的差异.而俘获电荷的产生与电场又有着紧密的联系,所以造成了俘获电荷的分布和密度有很大的不同,从而对器件的影响也不同.模拟结果表明,在三种不同的偏置条件下,OFF态(关态)时背沟道附近陷获电荷密度最高,以常数电流法估算出的阈值电压负漂移最大,同时引起了最大的本底静态漏电流.     

不同偏置下全耗尽SOI NMOSFET总剂量抗辐射的研究

研究了不同偏置条件下,全耗尽SOI NMOSFET的总剂量抗辐射特性,主要讨论不同偏置条件对器件中陷获电荷的产生和分布,以及由此对器件性能产生的影响.通过器件模拟发现,在辐射过程中器件的偏置条件不同,造成器件的有源区和埋氧层中电场的分布有着很大的差异.而俘获电荷的产生与电场又有着紧密的联系,所以造成了俘获电荷的分布和密度有很大的不同,从而对器件的影响也不同.模拟结果表明,在三种不同的偏置条件下,OFF态（关态）时背沟道附近陷获电荷密度最高,以常数电流法估算出的阈值电压负漂移最大,同时引起了最大的本底静态漏电流.     

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。     

22 nm体硅nFinFET总剂量辐射效应研究

通过^(60)Coγ射线辐照试验,研究了22 nm工艺体硅nFinFET的总剂量辐射效应,获得了总剂量辐射损伤随辐照偏置和器件结构的变化规律及损伤机理。研究结果表明,经过开态(ON)偏置辐照后器件阈值电压正向漂移,而传输态(TG)和关态(OFF)偏置辐照后器件阈值电压负向漂移;鳍数较少的器件阈值电压退化程度较大。通过分析陷阱电荷作用过程,揭示了产生上述试验现象的原因。     

自然空间环境中总剂量电离辐射引起的MOS器件性能衰降

本文详细地综述了自然空间环境中总剂量电离辐照引起的MOS器件性能衰降;MOS介质经受电离辐射期间产生的界面和氧化物电荷使得大量器件电特性发生变化;所观察到的辐射影响包括MOSFET的阈值电压漂移、沟道迁移降低、驱动性能损失和漏泄电流增大;在自然空间环境中,当总剂量以非常低的剂量率积累时,界面和氧化物俘获电荷之间可以综合折衷。     

基于锎源的N沟道VDMOS器件单粒子效应研究

分析了N沟道VDMOS器件的单粒子辐射损伤机理和损伤模式,讨论了VDMOS器件的单粒子辐射加固措施。使用锎源,对采取了加固措施的一款200V高压N沟道VDMOS器件进行单粒子效应试验研究。对比分析了不同漏源电压和栅源电压以及不同真空度对VDMOS单粒子效应的影响,可为VDMOS器件的单粒子辐射加固、试验验证及应用提供参考。     

抗辐射高压SOI NMOS器件的背栅效应研究

通过对高压SOI NMOS器件进行总剂量辐照试验发现,辐照后器件埋氧化层中引入了大量的氧化层陷阱电荷,使得器件背栅发生反型,在较高漏极工作电压下,漏极耗尽区与反型界面相连,使得源漏发生穿通,导致器件漏电。通过原理分析提出了增加顶层硅膜厚度的优化措施,证明在顶层硅膜较薄的情况下,SOI NMOS器件容易发生总剂量辐照后背栅漏电,厚顶层硅器件特性受背栅辐照效应的影响则显著降低直至消失。     

深亚微米N沟道MOS晶体管的总剂量效应

为了研究深亚微米工艺CCD的辐射效应特性,了解因器件特征尺寸变小引入的新效应,对0.18 μm商用工艺线上流片的不同沟道宽长比的N型沟道MOSFET器件进行了⁶⁰Co-γ射线辐照实验,这些NMOSFET与CCD内的MOSFET结构相同。分析了辐照后由于总剂量效应导致的NMOSFET参数退化情况以及参数的常温和高温退火行为。实验结果表明,深亚微米工艺器件的辐射耐受性相比大尺寸器件明显增强,不同沟道宽长比的器件表现出的总剂量效应差异显示了器件具有明显的窄沟效应,界面陷阱电荷在新型器件的总剂量效应中起主导作用。研究结果为大面阵CCD的辐射效应研究和辐射加固设计提供了理论支持。     

三栅FET的总剂量辐射效应研究

通过对赝MOS进行不同剂量的辐射,得到不同辐射条件下赝MOS器件的I-V特性曲线,并通过中带电压法进行分析,得出在不同辐射下SOI材料的埋氧层中产生的陷阱电荷密度和界面态电荷密度参数。采用这些参数并结合Altal三维器件模拟软件模拟了硅鳍(FIN)宽度不同的三栅FET器件的总剂量辐射效应,分析陷阱电荷在埋氧层的积累和鳍宽对器件电学特性的影响。     

基于锎源的N沟道VDMOS器件单粒子效应研究

分析了N沟道VDMOS器件的单粒子辐射损伤机理和损伤模式,讨论了VDMOS器件的单粒子辐射加固措施。使用锎源,对采取了加固措施的一款200 V高压N沟道VDMOS器件进行单粒子效应试验研究。对比分析了不同漏源电压和栅源电压以及不同真空度对VDMOS单粒子效应的影响,可为VDMOS器件的单粒子辐射加固、试验验证及应用提供参考。     

单粒子辐射导致的VDMOS体二极管反向I-V曲线蠕变现象研究北大核心CSCD

单粒子辐射后,VDMOS器件体二极管反向I-V曲线发生蠕变的特殊失效现象被首次观察到。室温下,当VDMOS的栅极浮空,漏极电压加到一定值时(远低于VDMOS击穿电压),漏电流增大,体二极管I-V曲线开始漂移并最终稳定,形成电阻型曲线。通过测试VDMOS器件及其体二极管辐射后的电参数,分析漏电流的产生原因,研究体二极管反向I-V曲线发生蠕变现象的失效机制,并提出基于界面态、中性空穴陷阱,包括空穴激发、多级空穴俘获和能带隧穿机制的空穴迁移模型。基于该模型给出了单粒子辐射导致的VDMOS体二极管漏电流的表达式。此外,通过温度实验和漏极应力实验来验证空穴迁移模型。     

基于FDSOI的TFET和MOSFET总剂量效应仿真

对基于全耗尽绝缘体上硅(FDSOI)的隧穿场效应晶体管(TFET)器件和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件进行了总剂量(TID)效应仿真,基于两种器件不同的工作原理,研究了总剂量效应对两种器件造成的电学影响,分析了辐照前后TFET和MOSFET的能带结构、载流子密度等关键因素的变化。仿真结果表明:两种器件在受到较大辐射剂量时(1 Mrad (Si)),TFET受辐射引起的固定电荷影响较小,仍能保持较好的开关特性、稳定的阈值电压;而MOSFET则受固定电荷的影响较大,出现了背部导电沟道,其关态电流增加了几个数量级,开关特性发生了严重退化,阈值电压也严重地向负电压偏移。此外,TFET的开态电流会随着辐照剂量的增加而减小,这与MOSFET的表现恰好相反。因此TFET比MOSFET有更好的抗总剂量效应能力。     

星用CMOS器件辐照损伤和退火效应研究

文章研究了ＣＭＯＳ器件＾６０Ｃｏγ射线的总剂量辐照实验以及辐照后在１００℃温度场下的退火效应。实验发现,辐照后,器件在加温和加偏条件下,可以加速ｎ沟器件界面态的增长和氧化物陷阱电的退火,而加温浮空偏置条件下有利于ｎ沟器件界面态的退火,但在１００℃温度场中,两种偏置条件都有利于ｐ沟器件氧化物陷阱电荷和界面的退火。