基于高温抗辐照SOI CMOS工艺的器件特性研究

绝缘体上硅（SOI）技术因其独特的优势而广泛应用于辐射和高温环境中,研究不同顶层硅膜厚度（tSi）的器件特性,对进一步提升高温抗辐照SOI CMOS器件的性能至关重要。本工作首先通过工艺级仿真构建了N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管（NMOSFET）的模型,并对其进行了分析,基于仿真结果,采用015 μm抗辐照SOI CMOS工艺制备出具有不同硅膜厚度的实际器件,该工艺针对高温应用引入了设计与材料的优化。结果表明,薄硅膜和厚硅膜NMOSFET在150 krad(Si) 总剂量辐射下表现出相近的抗辐照加固性能,而前者在225 ℃高温下具有较小的漏电流,因此具有较薄硅膜的NMOSFET更适用于高温电子器件的制造。     

薄硅膜SOI器件辐射效应研究

为适应SOI技术的发展,探索相关材料参数受辐射影响程度及器件的抗辐射性能,研究了不同硅膜厚度SOI器件的总剂量辐射效应。采用⁶⁰Co作为辐射源,所选器件的辐射性能通过晶体管前栅和背栅的阈值电压漂移量进行表征。实验结果显示,所选的本单位SOI工艺的硅膜厚度必须大于205 nm才能保证器件的抗总剂量辐射能力,针对此结论利用TCAD软件进行仿真验证,归纳出相应的物理机制。对电路静态电流特性对总剂量辐射的敏感性也给出了相关的讨论与评估。     

SOI抗辐射先进技术研究

SOI以其独特的隔离埋层结构实现了器件、电路的全介质隔离,因此具有漏电小、电容小、免疫闩锁、响应快、功耗低等优点,在快速数字电路、抗辐射领域具有良好的应用基础。基于对SOI技术发展的前沿方案的介绍,探讨沟道应变技术以及薄埋层技术如何来优化PD SOI的浮体效应、自热效应,提高SOI的电路的速度,降低寄生效应以及功耗损失。SOI技术对现有成熟的CMOS技术具有很高的兼容性,发展可行性巨大,必将打破体硅的极限,引发硬件行业的重大革命。