γ射线总剂量辐照对单轴应变Si纳米n型金属氧化物半导体场效应晶体管栅隧穿电流的影响

基于γ射线辐照条件下单轴应变Si纳米n型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)载流子的微观输运机制,揭示了单轴应变Si纳米NMOSFET器件电学特性随总剂量辐照的变化规律,同时基于量子机制建立了小尺寸单轴应变Si NMOSFET在γ射线辐照条件下的栅隧穿电流模型,应用Matlab对该模型进行了数值模拟仿真,探究了总剂量、器件几何结构参数、材料物理参数等对栅隧穿电流的影响.此外,通过实验进行对比,该模型仿真结果和总剂量辐照实验测试结果基本符合,从而验证了模型的可行性.本文所建模型为研究纳米级单轴应变Si NMOSFET应变集成器件可靠性及电路的应用提供了有价值的理论指导与实践基础.

U型槽刻蚀工艺对GaN垂直沟槽型金属-氧化物-半导体场效应晶体管电学特性的影响

U型槽的干法刻蚀工艺是GaN垂直沟槽型金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)器件关键的工艺步骤,干法刻蚀后GaN的侧壁状况直接影响GaN MOS结构中的界面态特性和器件的沟道电子输运.本文通过改变感应耦合等离子体干法刻蚀工艺中的射频功率和刻蚀掩模,研究了GaN垂直沟槽型MOSFET电学特性的工艺依赖性.研究结果表明,适当降低射频功率,在保证侧壁陡直的前提下可以改善沟道电子迁移率,从35.7 cm^2/(V·s)提高到48.1 cm^2/(V·s),并提高器件的工作电流.沟道处的界面态密度可以通过亚阈值摆幅提取,射频功率在50 W时界面态密度降低到1.90×10^12 cm^-2·eV^-1,比135 W条件下降低了一半.采用SiO2硬刻蚀掩模代替光刻胶掩模可以提高沟槽底部的刻蚀均匀性.较薄的SiO2掩模具有更小的侧壁面积,高能离子的反射作用更弱,过刻蚀现象明显改善,制备出的GaN垂直沟槽型MOSFET沟道场效应迁移率更高,界面态密度更低.

p型金属氧化物半导体场效应晶体管低剂量率辐射损伤增强效应模型研究

对一种非加固4007电路中p型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)在不同剂量率条件下的电离辐射损伤效应及高剂量率辐照后的退火效应进行了研究.通过测量不同剂量率条件下PMOSFET的亚阈I-V特性曲线,得到阈值电压漂移量随累积剂量、退火时间的变化关系.实验发现,此种型号的PMOSFET具有低剂量率辐射损伤增强效应.通过描述H+在氧化层中的输运过程,解释了界面态的形成原因,初步探讨了非加固4007电路中PMOSFET低剂量率辐射损伤增强效应模型.

γ射线总剂量辐照效应对应变Si p型金属氧化物半导体场效应晶体管阈值电压与跨导的影响研究

分析了双轴应变Si p型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)在γ射线辐照下载流子的微观输运过程,揭示了γ射线的作用机理及器件电学特性随辐照总剂量的演化规律,建立了总剂量辐照条件下的双轴应变Si PMOSFET阈值电压与跨导等电学特性模型,并对其进行了模拟仿真.由仿真结果可知,阈值电压的绝对值会随着辐照总剂量的积累而增加,辐照总剂量较低时阈值电压的变化与总剂量基本呈线性关系,高剂量时趋于饱和;辐照产生的陷阱电荷增加了沟道区载流子之间的碰撞概率,导致了沟道载流子迁移率的退化以及跨导的降低.在此基础上,进行实验验证,测试结果表明实验数据与仿真结果基本相符,为双轴应变Si PMOSFET辐照可靠性的研究和应变集成电路的应用与推广提供了理论依据和实践基础.

具有poly-Si_(1-x)Ge_x栅的应变SiGe p型金属氧化物半导体场效应晶体管阈值电压漂移模型研究

针对具有poly-Si1-x Ge x栅的应变Si Ge p型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET),研究了其垂直电势与电场分布,建立了考虑栅耗尽的poly-Si1-x Ge x栅情况下该器件的等效栅氧化层厚度模型,并利用该模型分析了poly-Si1-x Ge x栅及应变Si Ge层中Ge组分对等效氧化层厚度的影响.研究了应变Si Ge PMOSFET热载流子产生的机理及其对器件性能的影响,以及引起应变Si Ge PMOSFET阈值电压漂移的机理,并建立了该器件阈值电压漂移模型,揭示了器件阈值电压漂移随电应力施加时间、栅极电压、polySi1-x Ge x栅及应变Si Ge层中Ge组分的变化关系.并在此基础上进行了实验验证,在电应力施加10000 s时,阈值电压漂移0.032 V,与模拟结果基本一致,为应变Si Ge PMOSFET及相关电路的设计与制造提供了重要的理论与实践基础.

高k栅介质小尺寸全耗尽绝缘体上锗p型金属氧化物半导体场效应晶体管漏源电流模型

通过求解沟道的二维泊松方程得到沟道表面势和沟道反型层电荷,建立了高k栅介质小尺寸绝缘体上锗(Ge OI)p型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)的漏源电流解析模型.模型包括了速度饱和效应、迁移率调制效应和沟长调制效应,同时考虑了栅氧化层和埋氧层与沟道界面处的界面陷阱电荷、氧化层固定电荷对漏源电流的影响.在饱和区和非饱和区,漏源电流模拟结果与实验数据符合得较好,证实了模型的正确性和实用性.利用建立的漏源电流模型模拟分析了器件主要结构和物理参数对跨导、漏导、截止频率和电压增益的影响,对Ge OI PMOSFET的设计具有一定的指导作用.

杂质浓度对槽栅PMOSFET抗热载流子特性的影响

基于流体动力学能量输运模型 ,利用二维仿真软件 Medici研究了深亚微米槽栅 PMOS器件衬底和沟道掺杂浓度对器件抗热载流子特性的影响 ,并从器件内部物理机理上对研究结果进行了解释。研究发现 ,随着沟道杂质浓度的提高 ,器件的抗热载流子能力增强 ;而随着衬底掺杂浓度的提高 ,器件的抗热载流子性能降低。这主要是因为这些结构参数影响了电场在槽栅 MOS器件内的分布和拐角效应 。

凹槽拐角对深亚微米槽栅PMOSFET特性的影响

为优化槽栅器件结构 ,提高槽栅 MOSFET的性能和可靠性 ,文中用器件仿真软件对凹槽拐角对深亚微米槽栅 PMOSFET的特性影响进行了研究。研究结果表明凹槽拐角强烈影响器件的特性 :随着凹槽拐角的增大 ,阈值电压上升 ,电流驱动能力提高 ,而热载流子效应大大减弱 ,抗热载流子性能增强 ,热载流子可靠性获得提高 ;但凹槽拐角过大时 (例如 90°) 。

电阻耦合型神经MOS晶体管及其差分四象限模拟乘法器

电阻耦合型神经 MOS晶体管是在电容耦合 (浮栅 )型神经 MOS晶体管基础上提出来的 ,它克服了电容耦合型神经 MOS晶体管中由于电容耦合而产生的缺点。文中介绍了电阻耦合型神经 MOS晶体管的基本结构和特点 。

耗尽型6H-SiC埋沟PMOSFET电流解析模型

在考虑到杂质的不完全离化作用时，建立了SiC埋沟PMOSFET在发生表面多子耗尽时的电流解析模型。实验结果和模拟结果的一致性说明了此模型的准确性。在300～600K温度范围表面弱电场的条件下．由于杂质不完全离化作用得到充分体现．因此器件的工作状态有不同于常规模型下的特性；当温度升高时离化率的增大使得杂质的不完全离化作用得不到体现，所以文中模型的结果向常规模型的结果靠近．且都与实验结果接近。同时为了充分利用埋沟器件体内沟道的优势．对埋沟掺杂的浓度和深度也进行了合理的设计。

采用T型栅结构的高性能Ga2O3 MOSFET

基于n型β-Ga2O3制备了具有T型栅结构的高性能Ga2O3金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法在Fe掺杂的半绝缘β-Ga2O3衬底上同质外延生长200 nm厚的Si掺杂n型β-Ga2O3沟道层,掺杂浓度为5×10^17 cm^-3。器件采用栅长为1μm的T型栅结构,栅源间距为2μm,栅漏间距为18μm;采用原子层沉积(ALD)法生长的高介电常数氧化铪(HfO2)作为栅介质。研制的器件漏源饱和电流密度达到115.8 mA/mm,比导通电阻为52.82 mΩ·cm^2。T型栅结构有效抑制了Ga2O3沟道中的峰值电场强度,提升了器件的耐压特性;而高介电常数的HfO2介质有效降低了器件的漏电流,器件的击穿电压达到1953 V,开关比高达109,器件功率品质因子为77.2 MV/cm^2。

ADI公司推出小型隔离式栅极驱动器

ADI近日宣布推出小型隔离式栅极驱动器,这些产品专门针对碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等电源开关技术所需的更高开关速度和系统尺寸限制而设计,同时仍然提供对绝缘栅双极型晶体管（IGBT）和金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）配置的开关特性的可靠控制.ADuM4120和ADuM4121系列利用ADI公司成熟的iCoupler隔离技术,结合高速CMOS和单芯片变压器技术,可实现超低传播延迟,且不影响共模瞬变抗扰度（CMTI）性能.

应变SiGe沟道PMOSFET亚阈值特性模拟

通过简化的模型,对应变SiGe沟道PMOSFET及SiPMOSFET的亚阈值特性作出了简单的理论分析,然后用二维模拟器Medici进行了模拟和对比;研究了截止电流和亚阈值斜率随SiGePMOSFET垂直结构参数的变化关系。模拟结果同理论分析符合一致,表明应变SiGe沟道PMOSFET的亚阈值特性比SiPMOSFET更差,并且对垂直结构参数敏感,在器件设计时值得关注。

GGNMOS叉指宽度与金属布线对ESD防护性能的影响

栅接地NMOS(GGNMOS)器件具有与CMOS工艺兼容的制造优势,广泛用于静电放电(ESD)保护。鉴于目前GGNMOS的叉指宽度、叉指数及金属布线方式等外部因素对ESD鲁棒性的影响研究较少,设计了不同的实验对此开展对比分析。首先,基于0.5μm Bipolar-CMOS-DMOS(BCD)工艺设计并制备了一系列GGNMOS待测器件;其次,通过传输线脉冲测试,分析了叉指宽度与叉指数对GGNMOS器件ESD失效电流(It2)的影响,结果表明,在固定总宽度下适当减小叉指宽度有利于提高It2;最后,比较了平行式与交错式两种金属布线方案对It2的影响,结果表明,平行式金属布线下GGNMOS器件的ESD鲁棒性更好。

基于SiC和Si器件的燃料电池汽车DC-DC变换器的性能

为实现燃料电池汽车输出电压、功率的调节与控制,采用了一种交错式双Boost电路的大功率直流-直流(DC-DC)变换器,其中应用了Si和SiC功率器件。基于电路损耗计算和效率仿真手段,对比分析了全SiC[金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件、SiC二极管]、SiC MOSFET和Si二极管的混合器件和全硅Si[绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件、Si二极管]的变换器在电路损耗。结果表明:Si IGBT的开通和关断损耗约是SiC MOSFET的3倍和10倍,在不同工况下,全SiC变换器的转换效率比全Si变换器高1%~3.1%。因而,SiC功率器件在大功率DC-DC变换器的应用中,能够提高功率密度、可靠性和动力系统工作效率。

基于SOI结构的辐照传感器的辐照响应特性研究

绝缘体上硅埋氧层(Silicon-On-Insulator Buried Oxide,SOI BOX)P型金属氧化物半导体场效应晶体管(Positive channel Metal Oxide Semiconductor,PMOS)是用于新型高灵敏度辐射探测仪的一种关键器件。通过试验研究了SOI BOX PMOS的辐照响应特性,包括辐照偏置对SOI BOX PMOS的辐射响应灵敏度的影响、不同辐射剂量率环境下的SOI BOX PMOS的灵敏度响应差异、辐照后的SOI BOX PMOS的退火特性及其对辐射响应敏感度影响,以及SOI BOX PMOS沟道宽长比与其灵敏度的关系等,并对试验结果进行了必要的理论分析。实验结果表明:正偏置辐照的器件对电荷的收集响应灵敏度明显高于零偏置辐照的器件;阈值电压的辐照变化几乎不受退火效应影响;相比于宽沟道器件,窄沟道器件的阈值电压漂移更为明显。实验研究为新型辐射剂量探测仪的研制打下了基础。

功率集成器件及其兼容技术的发展

功率集成器件在交流转直流(AC/DC)电源转换IC、高压栅驱动IC、LED驱动IC等领域均有着广泛的应用。介绍了典型的可集成功率高压器件,包括不同电压等级的横向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(LDMOS)以及基于硅和SOI材料的横向绝缘栅双极型晶体管(LIGBT),此外还介绍了高低压器件集成的BCD工艺和其他的功率集成关键技术,包括隔离技术、高压互连技术、dV/dt技术、di/dt技术、抗闩锁技术等,最后讨论了功率集成器件及其兼容技术的发展趋势。

应变Si/SiGe沟道功率UMOSFET的模拟分析

提出一种应变Si/SiGe UMOSFET结构,并与Si-UMOSFET器件的电流-电压特性进行比较;对SiGe区域在UMOSFET器件中的不同厚度值进行静态电学仿真。应变Si/SiGe异质结能够有效地提高沟道区载流子的迁移率,增大IDS,降低Vth及器件的Ron;且应变异质结与载流子有效传输沟道距离的大小,对器件的Vth、Isat、V(BR)DSS及电流-电压特性都有较大的影响。因此在满足击穿电压要求的基础上,应变Si/SiGe沟道异质结的UMOSFET相对Si-UMOSFET在I-V特性和Ron方面有较大的改进。

功率VDMOS器件抗SEGR的仿真研究

针对功率垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(VDMOS)器件单粒子辐射在空间辐射环境下的要求,从重粒子对VDMOS器件的辐射机理及作用过程出发,通过对200 V抗辐射VDMOS器件进行大量仿真研究发现,器件的元胞间距对VDMOS的抗单粒子栅穿(SEGR)能力有很大的影响,由分析结果可以看出,当元胞间距减小为1 jxm时对于栅氧层表面电场的改善最为明显,但是导通压降会明显提高。为了在提高抗SEGR能力的同时,使器件的导通压降值适当,在两个元胞之间加入了结型场效应晶体管(JFET)电荷泄放区结构,在保证器件的基本特性的同时,抗SEGR能力也得到明显改善。

编者按

20世纪80年代开始,半导体功率器件获得了突飞猛进的发展,继双极晶体管BJT（亦称GTR）刷新了之前的晶闸管SCR之后,金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET、绝缘栅双极型晶体管IGBT等快速功率开关器件又相继登场,而后又出现了具有强功率输出能力的门极可关断晶闸管GTO、集成门极换相晶闸管IGCT乃至静电感应晶体管SIT、静电感应晶闸管SITH。半导体功率器件的快速发展推动了电力电子变换技术及其产业应用领域的迅速壮大,如今,生产、生活、医疗卫生、交通运输、