基于X射线晶圆在线辐照实验的16 nm n-FinFETs总剂量效应模型研究

建立了基于X射线晶圆在线辐照实验的16 nm FinFET总剂量效应模型,并对模型的有效性进行了验证。将辐照后器件等效为一个主晶体管与辐射导致的若干寄生晶体管并联,通过改变寄生晶体管的参数对辐照中的物理机制进行了模拟。对不同鳍片数量的内核(core)和输入输出(input output,IO)n-FinFET建立了能够描述器件在不同漏源电压下工作性能的模型,仿真结果与实验数据对比表明,所建立的模型的相对均方根偏差小于15%。

硅基N沟道VDMOS不同偏置下总剂量效应研究

通过^(60)Coγ射线辐照试验,研究了不同栅极和漏极偏置下硅基N沟道VDMOS器件的总剂量效应,获得了器件的电学特性与低频噪声特性随辐射总剂量的变化规律。试验结果表明:受辐射诱生的氧化物陷阱电荷与界面陷阱电荷的影响,在栅极偏置为+20 V时,器件的电学特性随累积剂量的增大而退化明显。通过退火试验发现,相比于导通电阻和正向压降,阈值电压、漏电流、亚阈值摆幅和输出电容对于总剂量辐射更加敏感。而在低频噪声特性方面,辐照后器件的沟道电流归一化噪声功率谱密度与正栅极偏置呈现正相关性,与负栅极偏置呈现负相关性。在不同漏极偏置条件下,辐照后器件的沟道电流归一化噪声功率谱密度降低,且基本重合。依据噪声模型,认为N沟道VDMOS内部局域电场分布对辐射感生陷阱电荷的形成影响显著,导致器件Si/SiO_(2)界面或者附近的载流子与陷阱交换引起的沟道电流波动不同,成为低频噪声主要来源。研究结果可为N沟道VDMOS器件的辐射效应评估、筛选和抗辐射加固设计提供参考。

沟道宽度对65nm金属氧化物半导体器件负偏压温度不稳定性的影响研究

随着MOS器件尺寸缩小,可靠性效应成为限制器件寿命的突出问题.PMOS晶体管的负偏压温度不稳定性(NBTI)是其中关键问题之一.NBTI效应与器件几何机构密切相关.本文对不同宽长比的65nm工艺PMOSFET晶体管开展了NBTI试验研究.获得了NBTI效应引起的参数退化与器件结构的依赖关系,试验结果表明65nm PMOSFET的NBTI损伤随沟道宽度减小而增大.通过缺陷电荷分析和仿真的方法,从NBTI缺陷产生来源和位置的角度,揭示了产生该结果的原因.指出浅槽隔离(STI)区域的电场和缺陷电荷是导致该现象的主要原因.研究结果为器件可靠性设计提供了参考.

国产工艺的部分耗尽SOI PMOSFET总剂量辐照及退火效应研究

对国产工艺的部分耗尽SOIPMOSFET60Coγ射线的总剂量辐照及退火效应进行了研究。结果表明:随着工艺技术的发展,正栅氧化层具有较强的抗辐照加固能力,背栅由于埋氧层厚度和工艺生长原因而对总剂量辐照较为敏感;辐照引入的深能级界面态陷阱电荷的散射作用,导致了正栅源漏饱和电流的显著降低;退火过程中界面态陷阱电荷的饱和决定了正栅亚阈曲线的平衡位置,而隧穿或热发射的电子只能中和部分背栅氧化物陷阱电荷,使得退火后背栅曲线仍与初始值有一定负向距离。

国产工艺的部分耗尽SOI MOSFET总剂量辐照效应及可靠性

对国产工艺的部分耗尽SOIMOSFET60Coγ射线的总剂量辐照效应及其可靠性进行了研究。结果表明:辐照引入的氧化物陷阱电荷是阈值电压漂移的主要因素;背栅对总剂量辐照更为敏感,但在背栅特性漂移未超出一定范围的情况下,依然是正栅氧化层质量决定了器件的抗辐照性能;界面态陷阱电荷的散射作用降低了器件的源漏饱和电流;总剂量辐照后器件的常规可靠性可能会降低。

纳米PMOSFET负偏压温度不稳定性测试方法

P型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)的负偏压温度不稳定性(NBTI)是制约纳米MOS器件在长寿命电子系统中应用的关键问题之一。为了准确地表征NBTI效应对器件参数的影响,分析了现有测试方法的特点,在此基础上改进了测试试验方法。利用该方法对90nm体硅工艺器件的NBTI效应进行了测试和分析,结果表明该方法能够很好地避免间断应力方法造成的参数快速恢复,获得更加准确的试验数据。

变温辐照加速评估方法在不同工艺的NPN双极晶体管上的应用

对6种不同工艺的NPN双极晶体管进行了高、低剂量率及变温辐照的^(60)Coγ辐照实验。结果显示,6种工艺的NPN双极晶体管均有显著的低剂量率辐照损伤增强效应。而变温辐照损伤不仅明显高于室温高剂量率的辐照损伤,且能很好地模拟并保守地评估不同工艺的NPN双极晶体管低剂量率的辐照损伤。对实验现象的机理进行了分析。

不同偏置条件下NPN双极晶体管的电离辐照效应

对NPN双极晶体管进行了不同剂量率、不同偏置条件下的电离辐射实验。研究结果表明:同一剂量率辐照时,无论是低剂量率还是高剂量率,辐照损伤均是基-射结反向偏置时最大,零偏置次之,正偏置最小。NPN双极晶体管在3种偏置下均可观察到明显的低剂量率辐照损伤增强(ELDRS)效应,且偏置条件对ELDRS效应很明显,表现为基-射结正向偏置ELDRS效应最为显著,零偏次之,反向偏置最次。对出现这一实验结果的机理进行了探讨。

不同偏置对NPN双极晶体管的低剂量率电离辐照损伤的影响

对NPN双极晶体管进行了低剂量率下不同偏置条件的电离辐射实验。结果表明,不同偏置条件下的低剂量率辐射损伤具有明显差异。基-射结反向偏置时,其过剩基极电流最大,电流增益衰减最为显著。而基-射结正向偏置时,过剩基极电流和电流增益衰减都最小。讨论了出现这种结果的内在机制。

锗硅异质结晶体管单粒子效应激光微束模拟

对国产锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT)进行了单粒子效应激光微束辐照试验,观测SiGeHBT单粒子效应的敏感区域,测试不同外加电压和不同激光能量下SiGe HBT集电极瞬变电流和电荷收集情况,并结合器件结构对试验结果进行分析。试验结果表明:国产SiGe HBT位于集电极/衬底结内的区域对单粒子效应敏感,波长为1064nm的激光在能量约为1.5nJ时诱发SiGe HBT单粒子效应,引起电流瞬变。入射激光能量增强,电流脉冲增大,电荷收集量增加;外加电压增大,电流脉冲的波峰增大;SiGe HBT的单粒子效应与外加电压大小和入射激光能量都相关,电压主要影响瞬变电流的峰值,而电荷收集量主要依赖于入射激光能量。

半导体器件总剂量辐射效应的热力学影响

对商用三极管和MOS场效应晶体管进行了不同环境温度下的总剂量辐照实验,对比了不同辐照温度对这两种器件辐射效应特性的影响。实验结果表明,对于同一辐照总剂量,三极管的基极电流、电流增益和MOS场效应晶体管的阈值电压漂移值都随着辐照温度的不同而存在较大的差异。总剂量为100 krad,辐照温度分别为25,70,100℃时,NPN三极管的电流增益倍数分别衰减了71,89和113,而NMOS晶体管的阈值电压VT分别减少了3.53,2.8,2.82 V。

超深亚微米互补金属氧化物半导体器件的剂量率效应

对0.18μm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺的N型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)及静态随机存储器(SRAM)开展了不同剂量率下的电离总剂量辐照试验研究.结果表明:在相同累积剂量,SRAM的低剂量率辐照损伤要略大于高剂量率辐照的损伤,并且低剂量率辐照损伤要远大于高剂量率辐照加与低剂量率辐照时间相同的室温退火后的损伤.虽然NMOSFET低剂量率辐照损伤略小于高剂量率辐照损伤,但室温退火后,高剂量率辐照损伤同样要远小于低剂量率辐照损伤.研究结果表明0.18μm CMOS工艺器件的辐射损伤不是时间相关效应.利用数值模拟的方法提出了解释CMOS器件剂量率效应的理论模型.

不同偏置条件下CMOS SRAM的总剂量辐射效应

对1 Mb静态随机存取存储器(SRAM)进行了不同偏置条件下的总剂量辐照效应研究。结果表明,试验选取的CMOS SRAM器件为总剂量辐射敏感器件,辐照偏置条件对器件的电参数退化和功能失效有较大影响。在三种偏置条件中,静态加电为最劣偏置,其次是工作状态,浮空状态时器件的辐射损伤最小。在工作状态和静态加电两种偏置条件下,静态功耗电流的退化与器件功能失效密切相关,可作为器件功能失效的预警量。

不同偏置条件的10位CMOS模数转换器的辐射效应

对10位CMOSADC7910在不同偏置条件下的电离辐射效应及退火特性进行了研究。结果表明:模数混合电路在不同偏置条件下的电离辐照响应有很大的差异。与加电偏置相比,零偏下0.25Gy/s(Si)剂量率辐照时的辐射损伤更严重。并对其损伤机理进行了初步探讨。

PDSOI CMOS SRAM总剂量辐射及退火效应的研究

通过对PDSOI CMOS静态随机存储器(SRAM)在静态偏置条件下器件功耗电流和功能错误数随辐射总剂量、退火时间的变化规律,以及不同温度(25oC和100oC)条件的退火行为进行研究,探讨了SOI工艺SRAM的总剂量辐射损伤机制及辐照环境中功耗电流变化与器件功能之间的相关性,为进一步深入研究大规模SOI集成电路的抗总剂量辐射加固及星用器件的辐射损伤评估提供途径和方法。

总剂量辐射对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65nm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。

星载DC-DC电源转换器总剂量辐射损伤效应研究

对低功率、双输出型DC-DC电源转换器60 Coγ辐照后的总剂量辐射损伤及辐照后退火效应进行研究。探讨了器件在不同负载、不同输入电压条件下输入电流Iin、正路/负路输出电压Vout、正路输出电流Iout、抑制模式下的输入电流Iinhibit等参数随总剂量、退火时间的变化关系。实验结果表明:虽然同为小功率器件(DVHF2812DF与DVTR2815DF),但抗总剂量辐射能力有所差异,这与以往结果不同;由于氧化物正电荷的累积,在追加辐照时器件参数发生很大变化;满功率负载条件下器件的电参数随总剂量变化明显;抑制模式下输入电流可作为一评估器件抗辐射能力的敏感参数。

CMOS SRAM总剂量辐射及退火效应研究

对1 Mbits的静态随机存储器(SRAM)进行了总剂量辐照及退火试验,试验结果表明:静、动态功耗电流均随总剂量增加而显著增大;静态功耗电流的退化与功能失效有密切相关性,非常适合作为辐射环境下器件功能失效的预警量;SRAM的读写出错数存在辐射剂量阈值,超过阈值时出错数便会指数增加;退火过程可以使器件参数恢复到初始值附近,其中高温退火对出错数的恢复作用更加明显。

不同型号PMOSFETs的剂量率效应研究

对比研究了国内外五种不同型号的PMOSFETs,在不同剂量率、不同偏置条件下的辐照响应特性;并对高剂量率辐照后的器件进行了与低剂量率辐照等时的室温退火。结果表明,随着辐照累积剂量的增加,所有器件阈值电压的漂移都更加明显;不同型号的器件在不同条件下,表现出了时间相关(TDE)和低剂量率损伤增强(ELDRS)两种不同的剂量率效应。因此,ELDRS效应在PMOSFETs器件中并不是普遍存在的。

新型PAGAT聚合物凝胶剂量计的磁共振成像研究

使用丙烯酰胺、明胶、交联剂、除氧剂和甲醛等在常氧条件下制备出一种新型的PAGAT聚合物凝胶剂量计。实验结果表明:剂量计的磁共振横向弛豫率随吸收剂量的增加而增大,经计算,得出了剂量计的探测下限;剂量计样品的批均匀性好于3.2%,且剂量响应在0.05～1.00Gy/s之间基本与剂量率无关。此外,使用该剂量计对异质界面剂量分布的测量结果以及剂量增强效应进行了分析。