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.     

全耗尽SOIMOSFET辐照导致的阈值电压漂移模型

报道了全耗尽SOI MOSFET器件阈值电压漂移与辐照剂量和辐照剂量率之间的解析关系.模型计算结果与实验吻合较好.该模型物理意义明确,参数提取方便,适合于低辐照总剂量条件下的加固SOI器件与电路的模拟.讨论了抑制阈值电压漂移的方法.结果表明,对于全耗尽SOI加固工艺,辐照导致的埋氧层(BOX)氧化物电荷对前栅的耦合是影响前栅阈值电压漂移的主要因素,但减薄埋氧层厚度并不能明显提高SOI MOSFET的抗辐照性能.     

DSOI总剂量效应模型及背偏调控模型

总剂量辐射效应会导致绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管(DSOI MOSFET)器件的阈值电压漂移、泄漏电流增大等退化特性。由于背栅端口的存在,SOI器件存在新的总剂量效应加固途径,对于全耗尽SOI器件,利用正背栅耦合效应,可通过施加背栅偏置电压补偿辐照导致的器件参数退化。本文研究了总剂量辐照对双埋氧层绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管(DSOI MOSFET)总剂量损伤规律及背栅偏置调控规律,分析了辐射导致晶体管电参数退化机理,建立了DSOI晶体管总剂量效应模拟电路仿真器(SPICE)模型。模型仿真晶体管阈值电压与实测结果≤6 mV,同时根据总剂量效应模型给出了相应的背栅偏置补偿模型,通过晶体管背偏调控总剂量效应SPICE模型仿真输出的补偿电压与试验测试结果对比,N型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)的背偏调控模型误差为9.65%, P型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)为5.24%,该模型可以准确反映DSOI器件辐照前后阈值特性变化,为器件的背栅加固提供参考依据。     

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.     

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.     

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 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.     

采用CoSi_2SALICIDE结构CMOS/SOI器件辐照特性的实验研究

讨论了CoSi2SALICIDE结构对CMOS/SOI器件和电路抗γ射线总剂量辐照特性的影响.通过与多晶硅栅器件对比进行的大量辐照实验表明,CoSi2SALICIDE结构不仅可以降低CMOS/SOI电路的源漏寄生串联电阻和局域互连电阻,而且对SOI器件的抗辐照特性也有明显的改进作用.与多晶硅栅器件相比,采用CoSi2SALICIDE结构的器件经过辐照以后,器件的阈值电压特性、亚阈值斜率、泄漏电流、环振的门延迟时间等均有明显改善.由此可见,CoSi2SALICIDE技术是抗辐照加固集成电路工艺的理想技术之一.     

采用CoSi2 SALICIDE结构CMOS/SOI器件辐照特性的实验研究

讨论了CoSi2SALICIDE结构对CMOS/SOI器件和电路抗γ射线总剂量辐照特性的影响.通过与多晶硅栅器件对比进行的大量辐照实验表明,CoSi2SALICIDE结构不仅可以降低CMOS/SOI电路的源漏寄生串联电阻和局域互连电阻,而且对SOI器件的抗辐照特性也有明显的改进作用.与多晶硅栅器件相比,采用CoSi2 SALICIDE结构的器件经过辐照以后,器件的阈值电压特性、亚阈值斜率、泄漏电流、环振的门延迟时间等均有明显改善.由此可见,CoSi2SALICIDE技术是抗辐照加固集成电路工艺的理想技术之一.     

抗辐射SOI器件栅氧可靠性研究

对抗辐射SOI器件栅氧可靠性进行研究,比较了体硅器件、SOI器件、抗总剂量加固SOI器件的栅氧可靠性,发现SOI材料片的制备与抗总剂量加固过程中的离子注入工艺都会对顶层硅膜造成影响,进而影响栅氧可靠性。最后通过恒压应力法表征栅氧介质随时间击穿(TDDB)的可靠性,结果显示抗总剂量辐射加固工艺的12.5 nm栅氧在125℃高温5.5 V工作电压下TDDB寿命达到14.65年,满足SOI抗总剂量辐射加固工艺对栅氧可靠性的需求。     

采用CoSi2 SALICIDE结构CMOS/SOI器件辐照特性的实验研究

讨论了ＣｏＳｉ２ＳＡＬＩＣＩＤＥ结构对ＣＭＯＳ／ＳＯＩ器件和电路抗γ射线总剂量辐照特性的影响。通过与多晶硅栅器件对比进行的大量辐照实验表明,ＣｏＳｉ２ＳＡＬＩＣＩＤＥ结构不仅可以降低ＣＭＯＳ／ＳＯＩ电路的源漏寄生串联电阻和局域互连电阻,而且对ＳＯＩ器件的抗辐照特性也有明显的改进作用。     

环栅CMOS/SOI的X射线总剂量辐射效应研究

采用硅离子注入工艺对注氧隔离(SIMOX)绝缘体上硅(SOI)材料作出改性,分别在改性材料和标准SIMOXSOI材料上制作部分耗尽环型栅CMOS/SOI器件,并采用10keVX射线对其进行了总剂量辐照试验。实验表明,同样的辐射总剂量条件下,采用改性材料制作的器件与标准SIMOX材料制作的器件相比,阈值电压漂移小得多,亚阈漏电也得到明显改善,说明改性SIMOXSOI材料具有优越的抗总剂量辐射能力。     

A CV technique for measuring thin SOI film thickness

A technique is developed to measure silicon-on-insulator (SOI) silicon device film thickness using a MOSFET. The method is based on CV measurements between gate and source/drain at two different back-gate voltages. The SOI devices used in this study were n⁺ polysilicon gate n-channel MOSFETs fabricated with modified submicrometer CMOS technology on SIMOX (separation by implanted oxygen) wafers. The SIMOX wafers were implanted with a high dose of oxygen ions (10¹⁸ cm^-2) at 200 keV and subsequently annealed at 1230°C. The NMOS threshold boron implant dose is 2×10¹² cm^-2. This method is simple, nondestructive, and no special test structure is needed. Using this technique, SOI film thickness mapping was made on a finished wafer and a thickness variation of ±150 Å was found     

nMOSFET低能X射线辐照特性研究

讨论了MOSFET的辐照损伤机理,通过低能（10keV）X射线辐照试验,分析了不同X射线辐照总剂量、不同剂量率对nMOSFET单管的转移特性以及阈值电压的影响。结果表明X射线辐照对nMOSFET的阈值电压变化的影响与^60Co辐照影响的规律基本一致。     

SOI材料与器件的辐照效应

目前，ＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）材料的一个主要用途是用来制作抗辐照电路，本文以ＳＩＭＯＸ（ＳｅｐｅｒａｔｉｏｎｂｙＩＭｐｌａｎｔａｔｉｏｎｏｆＯＸｙｇｅｎ）技术为主，详细论述了ＳＯＩ材料和器件（ＭＯＳＦＥＴ）的辐照特性及其机理，包括总剂量、瞬时和单粒子效应，并以总剂量效应为主。经过恰当的加固工艺和优化设计，可以制造出优良的抗辐照集成电路。     

Radiation-Induced Fault Simulation of SOI/SOS CMOS LSI’s Using Universal Rad-SPICE MOSFET Model

The methodology of modeling and simulation of environmentally induced faults in radiation hardened SOI/SOS CMOS IC’s is presented. It is realized at three levels: CMOS devices – typical analog or digital circuit fragments – complete IC’s. For this purpose, a universal compact SOI/SOS MOSFET model for SPICE simulation software with account for TID, dose rate and single event effects is developed. The model parameters extraction procedure is described in great depth taking into consideration radiation effects and peculiarities of novel radiation-hardened (RH) SOI/SOS MOS structures. Examples of radiation-induced fault simulation in analog and digital SOI/SOS CMOS LSI’s are presented for different types of radiation influence. The simulation results show the difference with experimental data not larger than 10–20% for all types of radiation.     

A novel nanoscaled device concept: quasi-SOI MOSFET to eliminate the potential weaknesses of UTB SOI MOSFET

For the first time, a novel device concept of a quasi-silicon-on-insulator (SOI) MOSFET is proposed to eliminate the potential weaknesses of ultrathin body (UTB) SOI MOSFET for CMOS scaling toward the 35-nm gate length, and beyond. A scheme for fabrication of a quasi-SOI MOSFET is presented. The key characteristics of quasi-SOI are investigated by an extensive simulation study comparing them with UTB SOI MOSFET. The short-channel effects can be effectively suppressed by the insulator surrounding the source/drain regions, and the suppression capability can be even better than the UTB SOI MOSFET, due to the reduction of the electric flux in the buried layer. The self-heating effect, speed performance, and electronic characteristics of quasi-SOI MOSFET with the physical channel length of 35 nm are comprehensively studied. When compared to the UTB SOI MOSFET, the proposed device structure has better scaling capability. Finally, the design guideline and the optimal regions of quasi-SOI MOSFET are discussed.