0.20 μm双埋氧SOI NMOSFET的自热效应

研究了一种新型双埋氧绝缘体上硅(DSOI)NMOSFET的自热效应(SHE).通过实验测试并结合计算机数值模拟分析了SHE对DSOI NMOSFET输出特性的影响.仿真结果显示DSOI NMOSFET的背栅引出结构形成了额外的散热通道.重点研究了器件电压和环境温度对SHE的影响,结果表明随着漏极和栅极电压的增加,器件体区晶格温度升高,SHE增强;随着环境温度的升高,退化电流降低,SHE减弱.此外,重点分析了背栅偏置电压对器件SHE的影响,研究发现负的背栅偏置电压对全耗尽绝缘体上硅和DSOI NMOSFET的SHE均表现出抑制效果,且DSOI NMOSFET的背栅展现出了更好的抑制效果.     

SOI NMOSFET沟道热载流子的应力损伤

研究了沟道热载流子应力所引起的SOI NMOSFET的损伤．发现在中栅压应力（Vg≈Vd／2）和高栅压应力（Vg≈Vd）条件下,器件损伤表现出单一的幂律规律;而在低栅压应力（Vgs≈Vth）下,多特性的退化规律便会表现出来．同时,应力漏电压的升高、应力时间的延续都会导致退化特性的改变．这使预测SOI器件的寿命变得非常困难．     

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。     

低剂量率下MOS器件的辐照效应

对MOS器件在低剂量率γ射线辐射条件下的偏置效应进行了研究。对不同偏置及退火条件下MOS器件辐照后的阈值电压漂移进行了对比。结果表明，偏置在MOS器件栅氧化层内产生电场，增强了辐照产生电子-空穴对的分离，同时，影响了正电荷（包括空穴和氢离子）的运动状态；此外，偏置对退火同样有促进作用。     

TiO_2/SiO_2和TiO_2/SiO_xN_y层叠结构高k栅介质比较研究

以射频磁控溅射为主要工艺,制备了TiO2/SiO2和TiO2/SiOxNy两种层叠结构栅介质。对C-V特性和漏电特性的测试表明,SiO2和SiOxNy等界面层的引入有效地降低了TiO2栅介质电荷密度及漏电流,而不同层叠结构的影响主要通过界面电学性能的差异体现出来。对漏电特性的进一步分析显示,TiO2/SiO2结构中的缺陷体分布和TiO2/SiOxNy结构中的缺陷界面分布是导致电学性能差异的主要原因。综合比较来看,TiO2/SiOxNy结构栅介质在提高MOS栅介质性能方面有更大的优势及更好的前景,有助于拓展TiO2薄膜在高k栅介质领域的应用。     

pMOS器件的热载流子注入和负偏压温度耦合效应

研究了在热载流子注入HCI(hotcarrier injection)和负偏温NBT(negative bias temperature)两种偏置条件下pMOS器件的可靠性．测量了pMOS器件应力前后的电流电压特性和典型的器件参数漂移，并与单独HCI和NBT应力下的特性进行了对比．在这两种应力偏置条件下，pMOS器件退化特性的测量结果显示高温NBT应力使得热载流子退化效应增强．由于栅氧化层中的固定正电荷引起正反馈的热载流子退化增强了漏端电场，使得器件特性严重退化．给出了NBT效应不断增强的HCI耦合效应的详细解释．     

部分耗尽SOI NMOSFET总剂量辐照的最坏偏置

通过模拟对ON、OFF、TG三种偏置下PD SOI NMOSFET的总剂量辐照效应进行了研究.模拟发现正沟道的最坏偏置是ON偏置,背沟道的最坏偏置与总剂量有关.当总剂量大时,背沟道的最坏偏置是OFF偏置;当总剂量小时则是TG偏置.而NMOSFET的最坏偏置则取决于起主要作用的是正栅还是背栅.由于辐照产生电子空穴对的过程与电场分布强相关,通过分析不同偏置下电场分布的差异确定最坏偏置的内在机制.     

有机薄膜晶体管阈值电压漂移现象的研究

研究了有机薄膜晶体管(Oganic thin film transistor，OTFT)的阈值电压漂移与栅偏置电压和偏置时间的关系、不同栅绝缘膜对OTFT阈值电压漂移的影响以及不同栅绝缘膜MIS结构的C-V特性。结果发现．栅偏置电压引起了OTFT转移特性曲线的平移而场效应迁移率(μFE)和亚阈值陡度(△S)不变；阈值电压漂移的量与偏置时间的对数呈线性关系。还发现阈值电压漂移量与栅绝缘膜绝缘性能有关，绝缘性能好的绝缘膜(如SiO2)器件阈值电压漂移量小．绝缘性能差的绝缘膜(如TaOx)器件阈值电压漂移量大。认为有机晶体管阈值电压漂移是由沟道载流子以直接隧穿方式进入栅绝缘膜内的陷阱造成的。     

SOINMOSFET沟道热载流子的应力损伤

研究了沟道热载流子应力所引起的SOI NMOSFET的损伤,发现在中栅压应力（Vg≈Vd/2）和高栅压应力（Vg≈Vd）条件下,器件损伤表面出单一的幂律规律;而在低栅压应力（Vgs≈Vth)下,多特性的退化规律便会表现出来。同时,应力漏电压的升高、应力时间的延续都会导致退化特性的改变。这使预测SOI器件的寿命变得非常困难。     

基于槽形结构的c-CESL应变95nm栅NMOSFET性能增强技术

本文针对应变NMOSFET提出了一种基于槽型结构的应力调制技术。该技术可以利用压应变的CESL（刻蚀阻挡层）来提升Si基NMOSFET的电学性能,而传统的CESL应变NMOSFET通常采用张应变CESL作为应力源。为研究该槽型结构对典型器件电学性能的影响,针对95 nm栅长应变NMOSFET进行了仿真。计算结果表明,当CESL应力为-2.5 GPa时,该槽型结构使沟道应变状态从对NMOSFET不利的压应变（-333 MPa）转变为有利的张应变（256 MPa）,从而使器件的输出电流和跨导均得到提升。该技术具有在应变CMOS中得到应用的潜力,提供了一种不同于双应力线（DSL）技术的新方案。     

MOS器件的质子总剂量效应

介绍了几种加固和非加固 MOS电路的质子辐照总剂量效应实验 ,质子束的能量为 9、 7、 5、 2 Me V.实验结果表明 ,在相同的吸收剂量下 ,MOS器件累积电离辐射损伤与质子能量成正比 .还给出了栅极偏压对器件质子辐射损伤的影响 ,结果认为 ,对于 NMOSFET,不论是加固器件 ,还是非加固器件 ,在 +5 V的栅压偏置下 ,器件的辐射损伤比 0 V栅压下的损伤严重 ,对于加固器件 ,辐射感生界面态的密度也较高 ;而加固型 PMOSFET,在 0 V的栅压下 ,辐射损伤比 - 5 V下严重 ,且界面态的密度高     

MOS器件的质子总剂量效应

介绍了几种加固和非加固MOS电路的质子辐照总剂量效应实验,质子束的能量为9、7、5、2MeV.实验结果表明,在相同的吸收剂量下,MOS器件累积电离辐射损伤与质子能量成正比.还给出了栅极偏压对器件质子辐射损伤的影响,结果认为,对于NMOSFET,不论是加固器件,还是非加固器件,在+5V的栅压偏置下,器件的辐射损伤比0V栅压下的损伤严重,对于加固器件,辐射感生界面态的密度也较高;而加固型PMOSFET,在0V的栅压下,辐射损伤比-5V下严重,且界面态的密度高.     

用于薄介质栅的PECVD法低温形成SiO_xN_y薄膜及其电学特性

研究了用作薄介质栅的等离子体增强化学气相淀积（PECVD）方法低温形成的SiOxNy薄膜与其电学特性．探索该薄膜电学特性与微观组分，反应室气压，衬底工作温度，退火致密和金属化后退火等的相互关系．给出了获得电学特性优良的SiOxNy薄膜的优化PECVD工艺条件，同时对实验结果进行了理论分析与讨论．     

快速热氮化超薄SiO_2膜的氮分布和氮化机理的研究

用卤素钨灯作辐射热源，对超薄SiO2进行快速热氮化（RTN）制备了SiOxNy膜．研究了不同RTN条件下制备的SiOxNy样品的AES测量的氮纵向分布．研究结果表明，在较低的温度下（＜900℃）氯化速率是缓慢的，而在界面处因应变键容易被打破，速率稍快可形成氮峰．当温度高于900℃时，氮化速率加剧，分别形成表面和界面两个氮峰．基于研究分析的结果，意图提出一种描述快速热氮化超薄SiO2的微观机理．     

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.     

HfO2／Si（001）界面层的TEM研究

随着微电子技术的迅猛发展，集成电路的集成度不断增大，器件的尺寸不断缩小。当MOSFET尺寸缩小到0．1nm的尺度以下时，栅氧化层的等效厚度（在保持栅电容值不变的条件下，以相对介电常数为3．9的SiO2作为标准得到的栅介质层厚度）需要小于3nm。如仍采用传统的氧化硅作为栅氧化层介质，电子的直接隧穿效应和栅介质层所承受的电场将变得很大，由此引起栅介质的漏电流增大和可靠性下降等严重问题，严重阻碍了MOS器件的进一步发展。因此，人们提出了采用高介电常数的栅介质（通常称为高K栅介质）替代传统氧化硅的解决方法。利用高K介质材料替代传统氧化硅作为栅介质，可以在保持等效厚度不变的条件下，增加介质层的物理厚度，因而可大大减小直接隧穿效应和栅介质层承受的电场强度。新型高K栅介质研究已成为国际微电子领域的热门研究课题之一。     

0.5μm部分耗尽SOI MOSFET中的寄生双极效应

0.5μm部分耗尽SOI MOSFET的寄生双极效应严重影响了SOI器件和电路的抗单粒子和抗瞬态γ辐射能力。文中显示,影响0.5μm部分耗尽SOI NMOSFET寄生的双极器件特性的因素很多,包括NMOSFET的栅上电压、漏端电压和体接触等,尤其以体接触最为关键。在器件处于浮体状态时,0.5μm SOI NMOSFET的寄生双极器件很容易被触发,导致单管闭锁。因此,在设计抗辐射SOI电路时,需要尽量降低SOI NMOSFET寄生双极效应,以提高电路的抗单粒子和抗瞬态γ辐射能力。     

一种新型降低GIDL的纳米线环栅场效应晶体管

提出了一种可以有效降低环栅晶体管栅致漏极泄漏(GIDL)的新型非对称沟道介质环场效应环栅(GAA)晶体管。位于漏端附近的沟道介质环结构可有效降低载流子沿沟道方向的带间隧穿几率,从而显著改善环栅器件在关态时的栅致漏极泄漏电流情况。3D TCAD仿真结果表明,与具有真空侧墙或者一般氧化物侧墙的常规环栅器件相比,新型非对称沟道介质环晶体管静态漏电明显降低,开关比提高;栅围寄生电容、最大振荡频率(fMAX)和截止频率(fT)未受明显影响。沟道介质环厚度的增加会线性减小器件的关态电流和开态电流,但会提高器件的开关比。     

Pb(Zr,Ti)O_3铁电场效应晶体管的制备及性能研究

采用PLD（PulsedLaserDeposition）工艺制备Au／Pb（Zr，Ti）O3／SiO2／Si异质结构．这种结构的铁电场效应晶体管（FFET）的电性能由I－V和C－V特性表征．Au／Pb（Zr，Ti）O3／SiO2／Si异质结构的C－V曲线表现为极化开关，对应500nmPZT，记忆窗口约3V．实验表明Au／PZT／SiO2／Si栅结构实现了铁电体场效应存储性能．     

L波段50W GaAs MESFET

据日本《NEC技报》1997年第3期报道，NEC公司化合物器件事业部最近新开发了L波段的50W大功率GaAsMESFET。该器件的截面结构如图所示，采用了栅长为1．0μm的WSi肖特基栅，工作于B类推挽电路。该器件的饱和输出功率为537W，1dB增益压缩输出功率为51．3W，线性增益13．1dB，最大漏极效率为57％（频率f=1．5GHz，偏置VDS=10V，IDS=3％IDSS）。该器件作为固态功率放大器（SSPA）用于数字移动电话基地局。L波段50W GaAs MESFET@孙再吉