瞬时剂量率效应激光模拟测试技术

瞬时剂量率辐射效应模拟测试存在着试验资源有限、环境电磁干扰强、重复性不高等不利因素。本文开发了瞬时剂量率效应脉冲激光模拟测试技术,以1 064 nm激光构建完整精细的剂量率效应地面模拟测试系统。利用此系统开展了不同工艺节点、不同沟道类型、不同衬底形式的瞬时剂量率效应实验研究。仿真实验结果表明相同条件下,体硅器件光电流比绝缘衬底上的硅(SOI)器件大10倍以上,光电流受源漏电压影响也大于SOI器件。     

一维均匀掺杂突变PN结伽马剂量率辐射解析模型

研究硅基半导体集成电路最基本结构之一PN结的伽马剂量率辐射模型,阐明PN剂量率辐射模型的重要意义。根据半导体物理基本方程,推导计算出在剂量率辐射下一维均匀掺杂突变PN结光电流响应的解析解模型,根据解析解,在不同参数下用Mathematica作图观察,并与计算机辅助设计技术(TCAD)数值模拟仿真结果对比,验证解析解的正确性;最后基于解析解,通过分析剂量率、偏压、PN结几何尺寸、掺杂浓度、载流子扩散系数、少子寿命等参数对稳态光电流的影响,提出一个更方便工程计算的稳态光电流模型。     

双极型IC核辐射下的瞬时损坏＊

本文从连续性方程和粒子通量方程出发,导出了矩形y辐射脉冲作用下双极器件中光电流的数学模型;论述了扩散电阻的光电流效应和电导调制效应,以及扩散电阻随γ剂量率变化的模型。最后给出了集成稳压电源的模拟数值与现场辐射结果的比较,并据此提出了双极型IC抗γ辐射的加固建议。     

一种积累型槽栅超势垒二极管

提出了一种积累型槽栅超势垒二极管,该二极管采用N型积累型MOSFET,通过MOSFET的体效应作用降低二极管势垒。当外加很小的正向电压时,在N+区下方以及栅氧化层和N-区界面处形成电子积累的薄层,形成电子电流,进一步降低二极管正向压降;随着外加电压增大,P+区、N-外延区和N+衬底构成的PIN二极管开启,提供大电流。反向阻断时,MOSFET截止,PN结快速耗尽,利用反偏PN结来承担反向耐压。N型积累型MOSFET沟道长度由N+区和N外延区间的N-区长度决定。仿真结果表明,在相同外延层厚度和浓度下,该结构器件的开启电压约为0.23 V,远低于普通PIN二极管的开启电压,较肖特基二极管的开启电压降低约30%,泄漏电流比肖特基二极管小近50倍。     

SiGe HBT瞬时剂量率效应实验及仿真研究

锗硅异质结双极晶体管(SiGe Heterojunction Bipolar Transistor,SiGe HBT)由于其优异的温度和频率特性,在航空航天等极端环境中具有良好的使用前景,其辐射效应得到了广泛关注。针对KT9041 SiGe HBT进行了瞬时γ射线及脉冲激光辐照实验,获得其瞬时剂量率效应(Transient Dose Rate Effect,TDRE)响应。实验结果表明,SiGe HBT收集极在辐照下会产生明显的光电流脉冲,并且存在着饱和阈值的现象。此外,在脉冲激光辐照实验中还进行了SiGe HBT总剂量效应与瞬时剂量率效应的协同效应研究。发现SiGe HBT在经过总剂量辐照后其产生的光电流幅值会变大。为了分析实验中观察到的现象,应用TCAD建立了KT9041 SiGe HBT的仿真模型,并进行了瞬时γ射线辐照以及总剂量效应仿真研究。仿真发现,SiGe HBT收集极光电流出现的饱和现象是由示波器端口50 Ω匹配电阻所造成的。而总剂量效应导致的光电流幅值变大则是由于总剂量效应会在SiGe HBT收集极电极处的Si/SiO₂界面引入正电荷缺陷,正电荷缺陷产生的局部电场会对自由电子产生吸引作用,导致更多的自由电子被收集极收集,从而产生幅值更大的光电流。     

混合PiN/Schottky二极管的研究

对混合PiN/Schottky二极管（MPS）进行研究,首先对MPS二极管的工作原理进行了分析,通过对MPS二极管、肖特基二极管、PIN二极管的伏安特性进行模拟,结果表明MPS二极管正向压降小,电流密度大,反向漏电流小,是一种具有肖特基正向特性和PN结反向特性的新型整流器。可以通过改变肖特基和PN结的面积比来调整MPS二极管的性能,与肖特基二极管和PIN二极管相比具有明显的优势,是功率系统不可或缺的功率整流管。     

硅PIN光电二极管γ电离脉冲辐射的数值模拟

分析了γ电离脉冲辐射诱发硅PIN光电二极管产生光电流的机理.建立了硅PIN光电二极管的器件物理模型以及γ电离脉冲辐射效应模型;运用MEDICI软件,进行了辐射效应数值模拟计算.得出了γ电离脉冲辐射剂量率在10°～109Gy(Si)/s范围内,诱发硅PIN光电二极管光电流变化的初步规律.对比了辐射效应数值模拟结果与国外相关文献给出的辐照实验结果.

Abstract：

The mechanism of photocurrent of Si PIN photodiode induced by γ ionization pulse radiation is analyzed.The device physics and γ ionization pulse radiation models are established to simulate photocurrent of Si PIN photodiode by MEDICI software.The primary regularity of photocurrent of Si PIN photodiode is concluded by γ ionization pulse radiation with the dose rate of 10~0～10~9 Gy (Si)/s.The Simulation results are in agreement with the experimental results given in correlative literatures.     

反熔丝FPGA器件γ剂量率辐射效应规律探讨

FPGA系统电路进行抗γ剂量率器件选择是非常困难的。针对FPGA器件抗γ剂量率性能优选,试验研究了3种反熔丝FPGA器件的7剂量率辐照效应规律。全部样品均出现了低阈值γ剂量率扰动效应,但均未产生高γ剂量率闭锁效应。FPGA器件低阚值γ剂量率失效主要是瞬时光电流扰动引起了时序逻辑功能的失效,而其模块海间的反熔丝开关电阻却对产生闭锁效应的大的辐射浪涌电流提供了保护。实验结果表明,系统电路设计加固是其实现抗γ剂量率最有效的方法。     

提高光电二极管光/暗电流比值的途径

本文讨论提高光电二极管光电流与暗电流比值的一种方法。其要点是显著地减小PN结的面积。由于利用了侧向收集效应,光电流减少不多而暗电流明显地减小。     

PIN二极管简述

PIN二极管是射频电路中的一类重要元件，它与一般的由PN结构成的二极管的不同之处在于：PIN二极管在PN结之间还有一个未掺杂的本征半导体层--l层。     

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.     

Semiconductor thickness and back-gate voltage effects on the gate tunnel current in the MOS/SOI system with an ultrathin oxide

The effects of the semiconductor layer thickness and the back-gate voltage on the current-voltage (I-V) characteristics of the MOS/SOI tunnel diode with an aluminum gate and n-type semiconductor layers are theoretically investigated. If the semiconductor thickness is reduced or the back-gate voltage is more negative, the total thermal generation current decreases and the gate-oxide thickness critical for transition from the quasiequilibrium strong inversion state to the nonequilibrium state increases. If the MOS/SOI tunnel diode is in the transition range between the nonequilibrium and quasiequilibrium states, a positive increase of the back-gate voltage V/sub BG/ results in a strong increase of the majority carrier tunnel current. This back-gate effect may be exploited in more functional devices based on the MOS/SOI tunnel diode.     

高剂量辐照条件下的MOSFET总剂量辐照效应模型

报道了一种用于在高剂量辐照条件下 MOS器件抗辐照电路模拟的半经验模型 .利用该模型对 MOS器件实验结果进行了模拟 ,模型计算结果与实验吻合较好 .初步分析了高剂量条件下不同散射机制对模拟结果的影响 ,结果表明界面电荷的库仑散射是引起电子迁移率退化的主要机制     

Analysis of floating substrate effects on the intrinsic gatecapacitance of SOI MOSFETSs using two-dimensional device simulation

Points out that the theoretical foundation of unique floating substrate effects, which have been observed experimentally, on the intrinsic gate capacitance characteristics of SOI n-MOSFETs has been clearly established using original two-dimensional device simulations. A transient simulation scheme for calculating intrinsic capacitances is introduced and tested against the classical quasi-static and small-signal analyses. The results are discussed and used to gain a deep physical insight into the basic mechanisms responsible for the anomalous (when compared to conventional bulk devices) intrinsic capacitances observed in the case of SOI MOSFETs. The analyses yields basic guidelines for an adequate analytical modeling of SOI MOSFET capacitive behavior to be used for accurate large- and small-signal simulation of SOI MOS digital and analog circuits     

超深亚微米SOI总剂量效应泄漏电流模型

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(SOI MOSFET)器件的阈值电压漂移、泄漏电流增大等退化特性。浅沟槽隔离(STI)漏电是器件退化的主要因素,会形成漏极到源极的寄生晶体管。针对130 nm部分耗尽(PD) SOI NMOSFET器件的总剂量辐射退化特性,建立了一个包含总剂量辐射效应的通用模拟电路仿真器(SPICE)模型。在BSIM SOI标准工艺集约模型的基础上,增加了STI寄生晶体管泄漏电流模型,并考虑了辐射陷阱电荷引起寄生晶体管的等效栅宽和栅氧厚度的变化。通过与不同漏压下、不同宽长比的器件退化特性的实验结果对比,该模型能够准确反映器件辐射前后的漏电流特性变化,为器件的抗辐射设计提供参考依据。     

Unified 1/f noise SOI MOSFET modelling for circuit simulation

The authors address the modelling of 1/f noise in SOI MOS devices for circuit simulation. A simple and unified model is presented which is valid for all operating regimes; it is verified by comparison with noise measurements. It is shown that this model is especially useful for low-power SOI MOS circuit design     

基于TCAD的绝缘体上硅器件总剂量效应仿真技术研究

绝缘体上硅（Silicon-on-Insulator,SOI）器件的全介质隔离结构改善了其抗单粒子效应性能,但也使其对总剂量效应更加敏感.为了评估SOI器件的总剂量效应敏感性,本文提出了一种基于TCAD （Technology Computer Aided Design）的总剂量效应仿真技术.通过对SOI器件三维结构进行建模,利用TCAD内置的辐射模型开展瞬态仿真,模拟氧化层中辐射感应电荷的产生、输运和俘获过程,从而分别评估绝缘埋层（Buried Oxide,BOX）和浅沟槽隔离（Shallow Trench Isolation,STI）氧化层中辐射感应陷阱电荷对器件电学性能的影响.基于该仿真技术,本文分别研究了不同偏置、沟道长度、体区掺杂浓度以及STI形貌对SOI MOSFET器件总剂量辐射效应的影响.仿真结果表明高浓度的体区掺杂、较小的STI凹槽深度和更陡峭的STI侧壁将有助于改善SOI器件的抗总剂量效应性能.     

薄膜SOI MOS器件阈值电压的解析模型分析

研究了薄膜全耗尽增强型 SOIMOS器件阈值电压的解析模型 ,并采用计算机模拟 ,得出了硅膜掺杂浓度和厚度、正栅和背栅二氧化硅层厚度及温度对阈值电压影响的三维分布曲线 ,所得到的模拟结果和理论研究结果相吻合。     

薄膜SOI结构中反型层厚度与薄膜厚度的关系

本文从理论上分析了薄膜SOI结构中反型层厚度与薄膜厚度的关系。为设计薄膜MOS/SOI器件引进了一个新的参数──薄膜整体反型临界厚度。分析认为,为使超薄膜MOS/SOI器件高速和高功率工作,有必要使薄膜厚度接近整体强反型临界厚度。