电场和温度对聚合物空间电荷陷阱性能的影响

模拟分子的结构和行为有助于更深刻地分析空间电荷陷阱性能变化的微观机理.利用Materials studio软件建立聚乙烯模型,通过分子链段运动产生的能量和自由体积变化对微观结构和电荷陷阱进行分析.结果表明:温度由298 K逐渐升高至363 K的过程中,聚合物分子热运动加剧导致的滑移扩散现象,使自由体积和陷阱能级在363 K处分别出现1542.07 ~3和0.66 eV的最大值和最小值.然而在Z轴方向施加0.0007 Hartree/Bohr(1 Hartree/Bohr=5.2×10^(11)V/m)电场作用时,由于电致伸缩产生Maxwell应力,使分子链段出现局部有序排列,增大范德瓦耳斯能至-360.18 kcal/mol(1 kcal/mol=4.18 kJ/mol),而自由体积降低了279.77 ~3,导致陷阱能级减小0.45 eV.当363 K和0.0007 Hartree/Bohr联合作用时,聚乙烯的陷阱能级相比同温无电场作用降低0.17 eV.分子模拟结果与实测结果相符.利用分子热运动和电致伸缩效应,初步探讨了材料自由体积和范德瓦耳斯相互作用能变化的微观机理,证实分子链段运动改变了微观结构,从而影响电荷陷阱特性.并且与温度相比,电场作用会使材料产生更低能级的空间电荷陷阱.

电荷陷阱对聚乙烯树枝化的影响

本文在针对板电极的聚乙烯试样上,测量了电极材料、外施电压频率和紫外线照射对试样树枝起始电压的影响。以不同比例的EVA(乙烯—乙酸乙烯酯共聚物)混入聚乙烯,改变聚乙烯中的陷阱密度,查明电荷注入和电荷陷阱对树枝化的影响,证明了电荷在陷阱过程中存在着非辐射能量的转移,进一步论证了电荷陷阱在聚乙烯树枝化过程中的作用。

无机纳米杂化聚酰亚胺中电荷陷阱分布的测量

为了研究纳米颗粒在聚酰亚胺材料中的作用,利用热激退极化电流方法测量了无机纳米杂化聚酰亚胺薄膜中电荷陷阱的分布.实验表明在495K左右,聚酰亚胺样品存在一个很宽的热激电流峰,估算了实验样品中电荷陷阱的能级分布在0.45～0.75eV.比较了经SiO2和Al2O3纳米杂化聚酰亚胺试样和原始聚酰亚胺试样的电荷陷阱分布情况,发现无机纳米掺杂物的加入明显使材料中的电荷陷阱密度增加.这可能是无机纳米复合聚酰亚胺薄膜耐电晕性能提高的原因之一.同时还发现,SiO2无机纳米复合聚酰亚胺的陷阱能级密度大于Al2O3无机纳米复合聚酰亚胺,说明在聚酰亚胺材料中,SiO2纳米颗粒比Al2O3更有效地引入电荷陷阱.

多层HfO_2/Al_2O_3薄膜基电荷陷阱存储器件的存储特性研究

借助脉冲激光沉积和原子层沉积系统,采用SiO2作为隧穿氧化物,Al2O3作为阻挡氧化物,制备了多层HfO2/Al2O3薄膜基电荷陷阱存储器件。实验发现,当电极偏压为±12 V时,存储窗口达到7.1 V,电荷存储密度约为2.5×1013cm-2。HfO2/Al2O3之间的界面在电荷存储过程中起着关键的作用,更多的电荷存储在界面的陷阱之上。经过3.6×104s的保持时间,25,85和150℃测试温度下,器件的电荷损失量分别为5%,12%和23.5%。线性外推实验数据得到,150℃下,经过10年的电荷损失量约为42%。器件优异的保持性能主要归因于HfO2/Al2O3薄膜之间较大的导带补偿。由此可以看出,多层HfO2/Al2O3薄膜基电荷陷阱存储器件是一种极具应用前景的电荷存储结构。

电荷陷阱对XLPE绝缘电老化特性的影响

交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)由于良好的电气性能而常被用作高压直流电缆的绝缘材料,但其内部缺陷形成的电荷陷阱会导致空间电荷积聚,从而加速绝缘材料的电老化。文中基于电荷陷阱对XLPE电缆绝缘电老化的影响,研究了电荷陷阱在XLPE电缆绝缘电老化过程的作用机理,并运用自由能增量理论定量地分析了电荷陷阱对电老化的影响。将电缆样品进行热老化预处理,得到具有不同电荷陷阱参数的XLPE样品,对其进行空间电荷测试和步进应力实验,验证了空间电荷陷阱和电老化进程之间的关系。结果表明,在XLPE电老化过程中,浅陷阱密度与材料的电老化速率正相关,而深陷阱对电老化过程起抑制作用。

介质膜电荷陷阱特性的雪崩注入法的技术改进——垫高电压

本文介绍在我们用于研究MOS、MIS结构介质膜电荷陷阱特性的雪崩注入法中的技术小改进——垫高电压。这一在原测试电路上十分简单的改进,可使我们原有测试系统探测到俘获截面小到10^(-1)_8cm^2的电子陷阱,且为介质膜的雪崩空穴注入提供了准确、便利和有效的技术手段。

电荷陷阱对器件稳定性的影响和监测电荷陷阱密度方法

本文论述了电荷陷阱对器件稳定性的影响;认为在器件制造过程中监测电荷陷阱密度是很重要的.本文介绍了雪崩注入法测量电荷陷阱密度的方法,并给出了测量结果.

叠层薄膜基电荷陷阱存储器的存储性能研究

随着半导体器件特征尺寸的不断减小,传统的浮栅型存储器件逐渐接近其物理和技术的极限,多晶硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)型电荷存储器件以其低电压、小尺寸及良好兼容性等特点成为近年来半导体行业研究的热点.但是,写入/擦除速度与数据保持性能之间的平衡问题一直制约着SONOS型存储器件的发展.为了解决这一问题,本文利用脉冲激光沉积系统制备了叠层薄膜基电荷陷阱存储器件,其中SiO_2作为隧穿层,叠层ZrO_2/Al_2O_3作为电荷存储层,Al_2O_3作为阻挡层,并对器件的电荷存储性能做了系统分析.利用透射电子显微镜(TEM)表征了器件的微观结构,采用4200半导体参数分析仪测试了器件的电学性能,包括存储窗口、写入/擦除速度及数据保持性能.研究结果表明,存储器件具有良好的电荷存储性能.当栅极扫描电压为±2V时,存储窗口仅为0.9V,随着电压增加到±6和±8V时,存储窗口分别达到3和4.4V;+8V,5×10^(-5) s的写入操作下,平带偏移量达到1V;室温,85和150℃测试温度下,经过1×10~5 s的数据保持时间,器件的存储窗口减小量分别为5%,10%和24%.优异的电学性能主要归功于ZrO_2和Al_2O_3之间的深能级界面陷阱及层间势垒.因此,采用ZrO_2/Al_2O_3叠层薄膜结构作为电荷存储层,具有良好的市场应用前景.

基于等温表面电位衰减法的直流电缆用低密度聚乙烯和交联聚乙烯陷阱电荷分布特性

空间电荷积聚是影响直流电缆安全运行的重要原因,定量表征直流电缆用聚乙烯材料内陷阱电荷的分布特性并分析其内部陷阱产生的根源,对抑制空间电荷积聚、加强直流电缆安全可靠运行具有重要意义。为此,采用直流电晕充电法对低密度聚乙烯(low-density polyethylene,LDPE)和交联聚乙烯(crosslinked polyethylene,XLPE)薄膜试样进行了充电,以模拟直流加压时电荷的注入过程。通过考虑材料内入陷电荷的出陷规律,建立了1个等温表面电位衰减(isothermal surface potential decay,ISPD)模型。通过分析LDPE和XLPE薄膜试样的ISPD数据,获得了其内部陷阱电荷的分布特性,并进一步分析了LDPE与XLPE形态学特性和添加剂对陷阱形成的影响。结果表明:LDPE和XLPE中分别存在2个陷阱中心,即浅陷阱中心和深陷阱中心;LDPE中与XLPE中空穴深陷阱电荷密度都高于空穴浅陷阱电荷,即2者空穴陷阱电荷主要以深陷阱为主;XLPE中空穴浅陷阱电荷与空穴深陷阱电荷之间的数量差距减少,XLPE中空穴浅陷阱高于LDPE中空穴浅陷阱。交联副产物对XLPE内部陷阱的形成产生重要影响,且添加剂形成的空穴类型陷阱的深度并不完全相同。

MOS晶体管中辐照引起的陷阱正电荷的强压退火

电离辐射在 MOS结构的 Si O2 层中建立正陷阱电荷 ,这些正陷阱电荷在正强栅偏压( + 2 0 V)下迅速减少 ,这是由于正栅压引起硅衬底中的电子向 Si O2 层隧道注入 ,从而与陷阱正电荷复合 .正栅压退火不仅对 N沟 MOS结构非常有效 ,对 P沟 MOS结构也有一定的影响 .给出了辐照后的 NMOS和 PMOS晶体管在强正栅压下退火的实验结果 ,阐明了正栅压下的“隧道退火”机理 .

MOS器件界面态与陷阱电荷分离方法研究

对MOS结构器件,要分离由辐射效应引起的界面态电荷与氧化层陷阱电荷的方法有很多种,如中电带压法、电荷泵法和双晶体管法就是目前比较常用、有效的方法,分析了这些方法的优点和局限性。

薄二氧化硅MOS电容电离辐射陷阱电荷研究

采用高频 C- V曲线方法 ,研究了 5 0 nm及 15 nm MOS电容电离辐射空穴陷阱及界面态的建立过程 .二种样品电离辐射空穴陷阱电荷密度在 1× 10 3Gy(Si)剂量下近乎相同 ,而在大于 3× 10 3Gy(Si)剂量下 ,5 0 nm MOS电容的电荷密度约为 15 nm MOS电容的 2倍 .利用电离辐射后的隧道退火效应 ,计算出二种样品电离辐射陷阱电荷在Si- Si O2 界面附近分布的距离均约为 4nm .

陷阱电荷对GMLM工作电压的影响

光栅平动式光调制器(GMLM)依靠可动光栅在静电力作用下向下反射镜移动,从而改变光程差,实现光调制.结构中SiO2绝缘层在外加电场作用下产生陷阱电荷,对器件的驱动特性产生影响.作者依据高斯定理,建立GMLM存在陷阱电荷情况下的电力学模型,分析了外加电场作用下,GMLM极板电荷的分布,以及外加电压与可动光栅位移的关系;比较了两种情况下(考虑与不考虑绝缘层陷阱电荷影响)工作电压变化情况.设计了实验方案,进行了实验研究.结果表明:由于陷阱电荷产生陷阱电压,使得产生相同位移需要的工作电压增加;充电时间越长,陷阱电荷产生的陷阱电压越大;实验结果与理论分析吻合.

总剂量辐射下的SOI晶体管中的陷阱电荷分布

通过对载流子扩散机理的研究，由数学公式的推导，得到陷阱电荷分布随电场变化的函数关系。将由medici模拟得到的3种偏置下SOI的NMOS管埋氧层中的电场分布的数据代入方程式，得到总剂量辐射下的SOI晶体管中的陷阱电荷的分布。得到的数据较好地解释了实验结果。

SiO_2/SiC界面陷阱电荷近似计算的局限

从理论上分析了近似计算所引起的SiC基MOSFET两个重要参数阈值电压和沟道电流的误差。结果显示,在很多情况下近似计算都会带来很大的误差(>5%),尤其对于沟道电流,在大部分情况下误差很大,只是在少数条件下误差较小(<5%)。因此,近似计算SiO2/SiC界面陷阱电荷不尽合理,应利用电子在界面态上的分布函数进行准确计算。

辐射陷阱电荷对0.18μm N-MOSFET转移特性影响的TCAD仿真

利用TCAD仿真技术,研究了电离总剂量辐射陷阱电荷对0.18μm N沟道MOSFET转移特性的影响。构建了0.18μm N沟道MOSFET的三维仿真结构,获得了在电离总剂量(total ionizing dose,TID)效应影响下,负栅压偏置时器件中电流密度的分布情况。分析了器件浅槽隔离层(shallow trench isolation,STI)中氧化物陷阱电荷和界面态陷阱电荷对器件泄漏电流的影响。仿真计算了N-MOSFET的转移特性,仿真结果与辐照试验结果受辐照影响的趋势基本一致,为深亚微米MOS器件的总剂量辐射效应的损伤机制提供了一种分析手段。

SiO2薄膜在电荷陷阱型V-NAND中的应用及制备方法

电荷陷阱型V-NAND技术具有较低的单位存储成本,优异的写入与读取速度,高可靠性等优点被越来越广泛地使用。SiO2在V-NAND中被广泛用作隔离氧化层,隧穿氧化层,介电层以及离子注入掩模等。本文阐述了电荷陷阱型V-NAND基本存储单元的物理和能带结构,并对写入与擦除过程电子隧穿过程进行分析;对位成本缩减技术(BICS)和阵列存储单元兆级晶体管技术(TCAT)的存储区域的物理结构进行对比,对其存储单元的立体结构进行分析。重点介绍热氧化法,化学气相沉积法和原子层沉积法制备SiO2薄膜的原理的性质,并对三种方法制备SiO2薄膜的物理和电性特征进行分析。

FLOTOX EEPROM擦写过程中隧道氧化层陷阱俘获电荷的研究

本文首先从理论上分析FLOTOXEEPROM隧道氧化层中陷阱俘获电荷对注入电场和存储管阈值电压的影响 ,然后给出了在不同擦写条件下FLOTOXEEPROM存储管的阈值电压与擦写周期关系的实验结果 ,接着分析了在反复擦写过程中陷阱俘获电荷的产生现象 .对于低的擦写电压 ,擦除阈值减少 ,在隧道氧化层中产生了负的陷阱俘获电荷 ;对于高的擦写电压 ,擦除阈值增加 ,产生了正陷阱俘获电荷 .这一结果与SiO2 中电荷的俘获———解俘获动态模型相吻合 .

HfO_(2)/SiO_(2)-Si型MOS器件陷阱电荷的γ辐照效应及退火效应

基于γ辐照和退火过程的电容电压和电导电压曲线,分析了氧化层陷阱电荷和界面陷阱电荷的变化规律,研究了HfO_(2)/SiO_(2)-Si结构MOS器件的^(60) Coγ辐照及退火效应。研究结果表明:当辐照剂量为500 Gy时,氧化层陷阱电荷以俘获负电荷为主;当辐照剂量大于500 Gy时,以俘获正电荷为主;当辐照剂量为500 Gy~100 kGy时,氧化层陷阱电荷随辐照剂量呈线性变化关系;当辐照剂量大于100 kGy时,呈亚线性变化关系;当辐照剂量为400 kGy时,在以天为量级的退火过程中,氧化层陷阱电荷随退火时间呈准线性变化关系;长期退火效应导致的氧化层陷阱电荷的减少量占辐照产生量的18%。

由静电放电脉冲应力产生的氧化层陷阱电荷

以传输线脉冲(TLP)为例,研究了由静电放电脉冲应力产生的氧化层陷阱电荷Qot+的特性。当氧化层厚度为3.2nm时,无论是直流还是TLP脉冲应力,其导致氧化层击穿的正氧化层陷阱电荷Qot+的质心变化和临界密度是相同的。当氧化层厚度为14nm时,在两种不同的应力下,Qot和质心的特性是不同的。TLP脉冲应力产生的负氧化层陷阱电荷的数量Qot-远小于直流应力产生的数量。热电子产生更有效的空穴陷阱以引发击穿。