H2和H2O对双极器件抗辐射性能的影响规律和机制

为了深入研究H₂和H₂O进入氧化层后对双极器件辐射效应的影响机制,以栅控双极晶体管为研究载体,分别开展了不同浓度H₂浸泡中的辐照试验和温湿度试验后的总剂量辐照试验。试验结果表明,随着氢气浸泡浓度的增加,器件的抗辐射能力逐渐降低;而温湿度试验后,由于水汽的进入,器件在随后的辐照试验过程中辐射损伤呈增大趋势。在此基础上,利用栅控栅扫描法进行氧化层辐射感生缺陷的定量分离,发现H₂和H₂O进入器件氧化层后,均会造成辐射感生界面陷阱电荷Nit的增加,并在一定程度上降低辐射感生氧化物陷阱电荷Not的量,结合理论分析进一步给出了H₂和H₂O造成器件损伤增强的潜在机制。研究成果对于辐射环境用电子系统的抗辐射性能评价和应用具有参考意义。     

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。     

高压换流器辐射效应在线测试系统设计及应用

针对高压换流器类器件的电特性参数,设计了一种适合辐射效应在线测试的自动测试系统,适用于剂量率、总剂量与中子注量辐照试验中的参数测试。本文简述了系统测试功能和软硬件组成,并利用高压换流器SWM012RH完成了辐照试验测试验证。测试结果表明,检测系统能够完成主要参数的测试,高压测试精确度满足1%的要求,为开展高压换流器相关类型器件的辐照试验验证和抗辐射性能评估能力奠定了基础。     

CNTFET器件及电路辐射效应研究进展

简述了碳纳米管场效应晶体管(CNTFET)中作为沟道材料的碳纳米管的基本辐射效应原理及其在抗辐射领域的优势,总结了近年来CNTFET在辐射效应机理和加固领域的研究进展。介绍了不同辐射条件在碳纳米管材料和不同结构的CNTFET中诱发的位移损伤效应机理,重点介绍了电介质是影响器件总剂量效应的主要因素,辐射环境也是影响器件辐照后性能变化的重要因素,并针对这两点总结了加固方法及器件和电路的设计,对国内外研究中不同结构的电路的抗辐射能力进行评述。最后介绍了器件受单粒子效应影响的机理,对比了碳基晶体管器件和硅基晶体管器件的抗辐射能力,并展望了CNTFET及其电路的未来太空应用发展。     

不同结构nMOS管的总剂量辐射效应北大核心CSCD

X射线直接成像的CMOS图像传感器由于工作在X射线辐射下,其内部器件会因为辐射效应引起性能恶化,因此需要对器件进行抗辐射加固并研究辐射对器件参数的影响。辐射导致的氧化物陷阱电荷及界面陷阱电荷受到栅氧厚度、偏置电压大小、辐射总剂量以及剂量率等多种因素影响。设计了n型场效应晶体管辐射加固结构版图,用0.5μm CMOS工艺流片,并进行了30 kGy(Si)的总剂量辐照效应实验。实验结果显示,所设计的n型场效应晶体管在辐射之后漏电流有所增加、跨导减小、阈值电压向负向漂移;辐射加固晶体管在漏电流性能上较未加固晶体管更好,在跨导改变和阈值电压漂移上未能表现出其更优的性能。     

抗辐射电子学研究综述

抗辐射电子学是一门交叉性、综合性的学科,其研究的辐射效应规律、损伤作用机制、加固设计方法、试验测试方法、建模仿真方法等对极端恶劣环境中的电子系统的可靠工作至关重要。对核爆炸中子、γ和X射线,空间和大气高能粒子产生的各种损伤效应(如瞬时剂量率效应、总剂量效应、单粒子效应、位移效应等)的研究现状进行了系统梳理。对辐射之间、辐射和环境应力之间的协同损伤效应(如长期原子迁移对瞬时剂量率感生光电流的影响,中子和γ射线同时辐照与序贯辐照、单因素辐照的损伤差异,质子和X射线、中子辐照的损伤差异,γ射线辐照与环境氢气的协同损伤效应等)的研究进展进行了详细介绍。阐述了国内外在核爆、空间和大气辐射加固研究方面的最新技术进展。总结了国内外在地面实验室对空间、大气或核爆辐射各种效应进行试验模拟和建模仿真的相关能力。最后对21世纪20年代以后抗辐射电子学研究领域潜在的挑战和关键技术进行了展望。     

不同结构nMOS管的总剂量辐射效应

X射线直接成像的CMOS图像传感器由于工作在X射线辐射下,其内部器件会因为辐射效应引起性能恶化,因此需要对器件进行抗辐射加固并研究辐射对器件参数的影响。辐射导致的氧化物陷阱电荷及界面陷阱电荷受到栅氧厚度、偏置电压大小、辐射总剂量以及剂量率等多种因素影响。设计了n型场效应晶体管辐射加固结构版图,用0.5μm CMOS工艺流片,并进行了30 kGy(Si)的总剂量辐照效应实验。实验结果显示,所设计的n型场效应晶体管在辐射之后漏电流有所增加、跨导减小、阈值电压向负向漂移;辐射加固晶体管在漏电流性能上较未加固晶体管更好,在跨导改变和阈值电压漂移上未能表现出其更优的性能。     

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。     

GaN HEMT器件中子辐照效应实验研究

建立了GaN HEMT器件(氮化镓高电子迁移率晶体管)中子原位测试技术和辐照效应实验方法,开展了GaN HEMT器件脉冲反应堆中子辐照效应实验研究,重点研究了电离辐射和位移损伤对器件性能退化的影响,获取了GaN HEMT中子位移损伤效应敏感参数和效应规律.结果表明,阈值电压、栅极泄漏电流以及漏极电流是中子辐照损伤的敏感...     

SOINMOSFET的双峰及辐射效应研究

通过对SOINMOFET的总剂量辐照试验,对器件辐照中的双峰效应进行研究。文中给出了双峰效应的表征。试验结果表明双峰的形状随辐照总剂量的增加而改变,并分析了具体的原因。另外,背栅晶体管对主要晶体管的耦合效应要远远大于其对寄生晶体管的作用。     

抗辐射0.18μm NMOS器件热载流子效应研究

基于0.18μm CMOS工艺开发了抗总剂量辐射加固技术,制备的1.8 V NMOS器件常态性能良好,器件在500 krad(Si)剂量点时,阈值电压与关态漏电流无明显变化。研究器件的热载流子效应,采用体电流Isub/漏电流Id模型评估器件的HCI寿命,寿命达到5.75年,满足在1.1 Vdd电压下工作寿命大于0.2年的规范要求。探索总剂量辐射效应与热载流子效应的耦合作用,对比辐照与非辐照器件的热载流子损伤,器件经辐照并退火后,受到的热载流子影响变弱。评估加固工艺对器件HCI可靠性的影响,结果表明场区总剂量加固工艺并不会造成热载流子损伤加剧的问题。     

电荷耦合器件辐射效应理论分析与模拟试验方法研究

分析了CCD电离效应和位移损伤机理,建立了一种国产埋沟CCD器件物理模型,实现了CCD信号电荷动态转移过程的数值模拟,计算了1MeV、14MeV中子引起的CCD电荷转移效率的变化规律.建立了线阵CCD辐照效应离线测量系统,实现了CCD辐射敏感参数测试.利用Co-60γ源和反应堆脉冲中子,开展了商用器件总剂量和中子位移损伤效应模拟试验,在不同辐照条件下,给出了暗电流信号、饱和电压信号、电荷转移效率以及像元不均匀性的变化情况.     

双极晶体管的低剂量率辐射损伤增强效应

在辐射的剂量率范围内,无论是国产还是进1:21的双极晶体管,都有明显的低剂量率辐照损伤增强现象,且纵向NPN管比PNP管严重.本文对引起双极器件辐照损伤差异的机理进行了探讨,并讨论了双极器件的抗辐射加固技术.     

日盲紫外焦平面探测器的抗辐射加固设计

设计了一款320×256元抗辐射日盲紫外焦平面阵列探测器,重点针对探测器的读出电路版图、积分开关偏置点、探测器芯片外延结构及器件工艺开展了抗辐射加固设计。对加固样品开展了γ总剂量和中子辐照试验和测试,试验结果表明样品的抗电离辐照总剂量达到150krad(Si),抗中子辐照注量达到1×10¹³n/cm²(等效1MeV中子),验证了抗辐射加固措施的有效性。     

0.8μm SOI CMOS抗辐射加固工艺辐射效应研究

采用抗辐射0.8μm SOI CMOS加固技术,研制了抗辐射SOI CMOS器件和电路。利用Co60γ射线源对器件和电路的总剂量辐射效应进行了研究。对比抗辐射加固工艺前后器件的Id-Vg曲线以及前栅、背栅阈值随辐射总剂量的变化关系,得到1 Mrad(Si)总剂量辐射下器件前栅阈值电压漂移小于0.15 V。最后对加固和非加固的电路静态电流、动态电流、功能随辐射总剂量的变化情况进行了研究,结果表明抗辐射加固工艺制造的电路抗总剂量辐射性能达到500 krad(Si)。     

功率VDMOS器件低剂量率辐射损伤效应研究

研究了抗辐射加固功率VDMOS器件在不同偏置条件下的高/低剂量率辐射损伤效应,探讨了阈值电压、击穿电压、导通电阻等电参数在不同剂量率辐照时随累积剂量的变化关系.实验结果表明,此型号抗辐射加固功率VDMOS器件在高/低剂量率辐照后参数的漂移量相差不大,不具有低剂量率辐射损伤增强效应.认为可以用高剂量率辐照后高温退火的方法评估器件的总剂量辐射损伤.实验结果为该型号抗辐射加固功率VDMOS器件在航空、航天等特殊领域的应用提供了技术支持.     

不同偏置下CCD器件γ射线及质子辐射研究

电荷耦合器件(CCD)是用于空间光电系统可见光成像的图像传感器,在空间应用环境下受辐射效应作用导致CCD性能退化甚至失效。对于CCD空间辐射效应的地面模拟试验研究,辐照试验中CCD采用合适的偏置条件是分析其空间辐射损伤的必要措施。由于CCD对质子辐照导致的电离总剂量效应和位移损伤效应均非常敏感,因此针对CCD空间应用面临的电离总剂量效应和位移损伤效应威胁,开展不同辐照偏置下CCD的辐射效应及损伤机理研究。针对一款国产埋沟CCD器件,开展不同偏置条件下的γ射线和质子辐照试验,获得了CCD的暗电流、光谱响应等辐射敏感参数的电离总剂量效应,位移损伤效应退化规律以及辐照偏置对CCD辐射效应的影响机制。研究表明,γ射线辐照下CCD的偏置产生重要影响,质子辐照下没有明显的偏置效应。根据CCD结构和辐照后的退火试验结果,对CCD的辐射效应损伤机理进行分析。     

双极晶体管中子辐照实验研究

利用中子辐照拉长线静态测试方法对15种硅双极晶体管进行了中子辐照损伤的实验研究;给出了这些晶体管电流增益与中子注量的关系;估算了损伤常数,测试或推算出损伤阈φ0.5;讨论了拉长线静态测试的退火效应、测试电流大小及伴生γ射线对测试结果的影响;对不同种类的晶体管抗中子辐照性能进行了简单的比较。     

辐照对硅光电二极管可靠性影响的研究

本文介绍了辐照对硅光电二极管的辐射效应和损伤机制。比较了γ射线、电子、质子、中子以及重离子辐照后,光电二极管各项特性参数的变化。根据辐照对半导体的作用原理,解释不同辐照引起的变化规律。寻求抗辐射加固方法,改善光电二极管的抗辐射性能。     

《微电子学》1988年第18卷1～6期总目录索引

抗辐射加固技术期(页)双极晶体管中子辐照实验研究…………………………”…·…·:………………………”六(1)中子辑照对双极型器件电参数的影响…………………………………Y………………·六(8)双扩散晶体管中子损伤常数预估初探……………………………………………………六(14)硅高压整流器件中子辐照效应研究……………………………………………………六(19)MOSFET的低温(了7。K)电离辐照特性…………………………一…”………………·六(24)短沟道MOSFET阈值电压辐照增强翼移效应……………………………………………六(29)中规模…