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。     

背栅应力对LOCOS隔离的SOI器件背栅阈值电压的影响

LOCOS隔离的SOI器件的性能强烈依赖于其背栅特性,而背栅应力会影响到背栅的特性。常温下在SOI器件的背栅上施加大电压并持续30秒以上可以显著改变背栅的阈值电压。这种改变是稳定的和时不变的。对NMOS加正的背栅压和对PMOS加负的背栅压都可以提高其背栅阈值电压。实验结果表明沿着硅岛的边缘有一条从源到漏的寄生漏电通道,而且将栅,源,漏接地并在背栅上加大的偏压可以强烈影响漏电通道。因此我们可以得到结论,背栅应力会影响与漏电流直接相关的背栅阈值电压。     

SOI LDMOSFET的背栅特性

在绝缘体上硅衬底上,制备了栅长为0.5μm的低势垒体接触结构和源体紧密接触结构的横向双扩散功率晶体管. 详细研究了器件的背栅特性. 背栅偏置电压对横向双扩散功率晶体管的前栅亚阈值特性、导通电阻和关态击穿特性均有明显影响. 相比于源体紧密接触结构,低势垒体接触结构横向双扩散功率晶体管的背栅效应更小,这是因为低势垒体接触结构更好地抑制了浮体效应和背栅沟道开启. 还介绍了一种绝缘体上硅横向双扩散功率晶体管的电路模型,其包含前栅沟道,背栅沟道和背栅偏置决定的串联电阻.     

SOI LDMOSFET的背栅特性

在绝缘体上硅衬底上,制备了栅长为0.5μm的低势垒体接触结构和源体紧密接触结构的横向双扩散功率晶体管.详细研究了器件的背栅特性.背栅偏置电压对横向双扩散功率晶体管的前栅亚阈值特性、导通电阻和关态击穿特性均有明显影响.相比于源体紧密接触结构,低势垒体接触结构横向双扩散功率晶体管的背栅效应更小,这是因为低势垒体接触结构更好地抑制了浮体效应和背栅沟道开启.还介绍了一种绝缘体上硅横向双扩散功率晶体管的电路模型,其包含前栅沟道,背栅沟道和背栅偏置决定的串联电阻.     

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。     

考虑背栅偏置的FOI FinFET电流模型

建立了绝缘体上鳍(FOI)鳍式场效应晶体管(FinFET)的电流模型,通过推导出背栅对前栅的耦合系数,使电流模型可以预测背栅电压对沟道电流的影响。该模型可以较为精准地预测实验数据和TCAD仿真结果,并且对于FOI FinFET的鳍宽和侧壁倾斜角等几何参数有较宽的适用范围。通过提取耦合系数,证明了背栅对前栅的耦合效应将随着鳍宽和侧壁倾角的增大而增强,而鳍底部的夹角对沟道的影响可以忽略。所提出的模型可以用于建立BSIM模型,指导设计者优化器件性能,以及进行背栅偏置的低功耗集成电路设计。     

辐照对SOI NMOS寄生双极晶体管的影响。

在埋氧化层厚度不同的SIMOX衬底上制备了H型栅结构器件。经过总剂量辐照后,器件的正栅亚阈值特性无明显变化,背栅亚阈值特性发生平移,但均未发生漏电,说明其抗辐照性能超过1E6rad(Si)。辐照后器件的寄生双极晶体管增益有所增大,并且与背栅阈值电压的变化趋势相似,可能是由于埋氧化层中的正电荷积累使体区电位升高,提高了发射极的发射效率。     

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。     

总剂量辐射对0.5μm部分耗尽SOI CMOS器件的影响

介绍了基于SIMOX SOI晶圆的0.5μm PD SOI CMOS器件的抗总剂量辐射性能。通过CMOS晶体管的阈值电压漂移,泄漏电流和32位DSP电路静态电流随总剂量辐射从0增加到500 krad(Si)的变化来表现该工艺技术的抗电离总剂量辐射能力。对于H型(无场区边缘)NMOS晶体管,前栅阈值电压漂移小于0.1 V;对于H型PMOS晶体管,前栅阈值电压漂移小于0.15 V;未发现由辐射引起的显著漏电。32位DSP电路在500 krad(Si)范围内,静态电流小于1 m A。通过实验数据表明,在较高剂量辐射条件下,利用该工艺制造的ASIC电路拥有良好的抗总剂量辐射性能。     

辐照对PDSOI RF MOS体接触结构器件性能的影响

基于抗辐照加固0.35μm PDSOI CMOS工艺制作了RF NMOS器件,研究了电离总剂量辐照对不同体接触结构、栅结构器件性能的影响.在其静态工作模式下,分别考虑了辐照对器件转移特性、泄漏电流、跨导及输出特性的影响;在其交流工作模式下,分别考虑了辐照对其交流小信号电流增益、最大有效/稳定增益、截止频率和最高震荡频率的影响.试验结果表明,与同类非加固工艺器件相比,此种PDSOI RF NMOS抗辐照性能更好,其中以LBBC和LTS型体接触器件受电离总剂量辐照影响最小,并且可获得截止频率22.39 GHz和最高振荡频率29.19 GHz.     

注氮剂量对SOI材料埋氧中电荷密度的影响

为对SIMOX SOI材料进行抗总剂量辐照加固,可向材料的埋氧（BOX）层中注入一定剂量的氮元素。但是,研究发现,注氮埋层中的初始电荷密度皆为正值且密度较高,而且随着注氮剂量的增加而上升。注氮埋层中较高的正电荷密度可归因于氮在退火过程中在Si-BOX界面的积累。另外,与注氮埋层不同的是,注氟的埋层却显示出具有负的电荷密度。为得到埋层的电荷密度,测试用样品制成金属-埋氧-半导体(MBS)电容结构,用于进行高频C-V测量分析。     

栅氧化层及界面电荷对SiC MOSFET阈值电压稳定性的影响

阈值电压不稳定是SiC MOSFET的一个主要问题,而栅氧化层及界面电荷是引起器件阈值电压不稳定的关键因素。结合三角波电压扫描法和中带电压法提取了SiC MOSFET中的栅氧化层陷阱电荷面密度、界面陷阱电荷面密度和可动电荷面密度随应力时间的变化量,总结了三种电荷面密度变化量在不同应力时间下的变化规律,分析了其对器件阈值电压不稳定性的影响,同时推测了长时间偏压作用下SiC MOSFET阈值电压稳定性的劣化机制。测试结果表明,栅氧化层陷阱电荷面密度、界面陷阱电荷面密度和可动电荷面密度在不同偏压温度下随应力时间的变化规律不同,常温应力下器件阈值电压稳定性劣化主要与栅氧化层陷阱电荷有关,而高温下,则主要与界面陷阱电荷有关。