单轴应变Si n型金属氧化物半导体场效应晶体管源漏电流特性模型

本文在建立单轴应变Si n型金属氧化物半导体场效应晶体管迁移率模型和阈值电压模型的基础上,基于器件不同的工作区域,从基本的漂移扩散方程出发,分别建立了单轴应变Si NMOSFET源漏电流模型.其中将应力的影响显式地体现在迁移率和阈值电压模型中,使得所建立的模型能直观地反映出源漏电流特性与应力强度的关系.并且对于亚阈区电流模型,基于亚阈区反型电荷,而不是采用常用的有效沟道厚度近似的概念,从而提高了模型的精度.同时将所建模型的仿真结果与实验结果进行了比较,验证了模型的可行性.该模型已经被嵌入进电路仿真器中,实现了对单轴应变Si MOSFET器件和电路的模拟仿真.

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.

电离辐射环境下的部分耗尽绝缘体上硅n型金属氧化物半导体场效应晶体管可靠性研究

随着半导体技术的进步,集成小尺寸绝缘体上硅器件的芯片开始应用到航空航天领域,使得器件在使用中面临了深空辐射环境与自身常规可靠性的双重挑战.进行小尺寸器件电离辐射环境下的可靠性试验有助于对器件综合可靠性进行评估.参照国标GB2689.1-81恒定应力寿命试验与加速寿命试验方法总则进行电应力选取,对部分耗尽绝缘体上硅n型金属氧化物半导体场效应晶体管进行了电离辐射环境下的常规可靠性研究.通过试验对比,定性地分析了氧化物陷阱电荷和界面态对器件敏感参数的影响,得出了氧化物陷阱电荷和界面态随着时间参数的变化,在不同阶段对器件参数的影响.结果表明,总剂量效应与电应力的共同作用将加剧器件敏感参数的退化,二者的共同作用远大于单一影响因子.

n型金属氧化物半导体场效应晶体管噪声非高斯性研究

基于n型金属氧化物半导体场效应晶体管(nMOSFET)噪声的数涨落模型,采用高阶统计量双相干系数平方和研究了nMOSFET噪声的非高斯性.通过对nMOSFET实际测试噪声的分析,发现nMOSFET器件噪声存在非高斯性;小尺寸器件噪声的非高斯性强于大尺寸器件;在器件的强反型线性区,其非高斯性随着漏压的增加而增加.文中还通过蒙特卡罗模拟和中心极限定理理论对nMOSFET噪声的非高斯性作了深入的探讨.

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。

高k金属栅NMOSFET器件阈值电压调控方法

实现对器件阈值电压的有效调控是高k金属栅(HKMG)技术面临的一项重要挑战。TiAl薄膜作为n型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)的功函数层被广泛地应用于HKMG结构中以实现对器件阈值电压的调控。实验采用射频(RF)-直流(DC)磁控溅射的方式沉积TiAl薄膜,通过优化直流功率、射频功率和反应压强工艺参数,实现了对薄膜Ti/Al原子比率的调节,提高了Ti/Al原子比率分布均匀度。基于实验结果,采用后栅工艺流程制造HKMG NMOSFET,讨论不同的Ti/Al原子比率和TiAl层厚度对NMOSFET阈值电压的影响。Ti/Al原子比率增大10%,NMOSFET的阈值电压增加12.6%;TiAl层厚度增加2 nm,NMOSFET的阈值电压下降19.5%。这种方法已经被成功应用于HKMG器件的生产。

一种新型凹源HV-NMOS器件研究

设计出一种能与体硅标准低压 CMOS工艺完全兼容的新型凹源 HV-NMOS( High voltage NMOS)结构 ,在 TSUPREM-4工艺模拟的基础上提出了该结构具体的工艺流程及最佳的工艺参数 ,通过 MEDICI进行特性模拟得到了该结构的电流 -电压和击穿等特性曲线 ,击穿电压比传统 HV-NMOS提高了 3 7.5 %。同时分析了凹源结构、p阱、缓冲层 ( Buffer层 )及场极板对改善 HV-NMOS工作特性的有效作用 ,最后给出了该凹源 HV-NMOS的流水实验测试结果。

高功率微波作用下热载流子引起n型金属-氧化物-半导体场效应晶体管特性退化研究

高功率微波(HPM)通过使半导体器件特性退化和功能失效,从而干扰电子系统无法正常工作.针对金属氧化物半导体(MOS)器件的HPM效应,建立了高功率微波引起n型金属氧化物半导体场效应晶体管(nMOSFET)特性退化的物理过程与模型.器件仿真结果中nMOSFET的输出特性曲线显示栅极注入HPM引起器件特性退化,包括阈值电压正向漂移、饱和电流减小、跨导减小等;结合物理模型分析可知,HPM引起的高频脉冲电压使器件进入深耗尽状态,热载流子数目增多,热载流子效应导致器件特性退化.MOS器件的HPM注入实验结果显示,器件特性曲线、器件模型参数变化趋势与仿真结果一致,验证了HPM引起nMOSFET特性退化的物理过程与模型.

N型半导体金属氧化物NO_(2)气体传感器研究进展

科技的发展和生产力水平的不断提高,给人们生活带来极大便利的同时,由于能源消耗及其附加污染物的生成,环境面临巨大的挑战。其中大气污染是我们关注的主要方面之一。NO2作为一种主要的大气污染物,对水体、土壤和大气都会造成极大威胁,如地表水、土壤酸化以及光化学烟雾等。同时对人体健康也有很大危害,如引发呼吸道疾病和心脑血管疾病。因此,制备适用于环境监测且工作温度和检测限较低且灵敏度高的便携式气体传感器来确定环境中NO2浓度的大小十分重要。本文概述几种典型的N型半导体金属氧化物NO2气体传感器的研究进展,对NO2传感器在环境监测方面的应用和今后的研究方向进行了展望。

TiO_2-WO_3复合薄膜型气敏传感器性质研究

二氧化钛和三氧化钨是具有重要功能的无机n型半导体材料,常用来制备气敏传感器。本文利用电子束蒸发制备了TiO2-WO3复合氧化物薄膜,在500℃下退火2 h。通过SEM和XRD观察了该薄膜的形貌特性并进行了气敏测试。实验表明,该薄膜对酒精、丙酮和二氧化硫气体具有较强的敏感性。本文还研究了温度、复合浓度和气体浓度对薄膜气体传感能力的影响。

沟道尺寸对深亚微米GGNMOS保护器件特性的影响

基于测试结果,研究了不同沟道宽度、沟道长度对深亚微米单叉指栅接地N型金属氧化物半导体静电放电保护器件性能的影响机制,并得出保护器件沟道尺寸的优化准则.基于SMIC 0.18μm CMOS工艺进行流片及传输线脉冲测试,得到了不同版图参数条件下保护器件的I-V特性.基于失效电流水平变化趋势以及器件仿真结果,分析了相关物理机制.研究结果表明,沟道宽度的选取必须结合器件的导通均匀性情况,同时沟道长度值则通过改变器件沟道下方的热分布影响保护器件的鲁棒性.利用实验方法分析了沟道尺寸对单叉指栅接地N型金属氧化物半导体保护器件性能影响的物理机制,对深亚微米保护器件的版图设计提供了优化指导.

漏极接触孔到栅间距对GGNMOS保护器件的影响

研究了不同漏极接触孔到栅间距对深亚微米单叉指栅接地N型金属氧化物半导体静电放电保护器件性能的影响,并分析了相关物理机制.基于中芯国际0.18μm互补金属氧化物半导体工艺进行流片,并进行传输线脉冲测试,得到了不同漏极接触孔到栅间距(DCGS)值的保护器件单位宽度失效电流水平的变化趋势.结合器件仿真,分析了保护器件的电、热分布情况.研究结果表明,DCGS值的增大,使电流密度峰值向远离沟道的方向移动,从而降低了尖端放电的风险.同时,当DCGS值增大到一定阈值时,由于漏区与衬底温度达到平衡,因此失效电流水平出现饱和趋势.

栅长对SOI NMOS器件ESD特性的影响

采用TLP测试的方式,研究了不同栅长对栅接地SOI NMOS器件ESD(Electrostatic discharge,静电放电)特性的影响,结果发现栅长越大,维持电压VH越大,ESD二次击穿电流It2越大;其原因可能与薄硅层中的热分布有关。

基于电荷泵法的N-LDMOS界面态测试技术研究

详细研究了高压N-LDMOS器件的电荷泵(CP)测试技术,指出了高压N-LDMOS器件的特殊结构对其CP测试结果的影响,并解释了高压N-LDMOS器件的CP曲线不饱和的原因,同时对由于不同的源漏偏压造成的高压N-LDMOS器件CP曲线的变化进行了深入的理论分析。这些结论可以为CP法测量界面态密度提供实验指导,同时为更加准确地分析高压LDMOS器件的CP测试曲线提供理论指导。

PDSOI NMOS器件激光模拟光电流效应

为获得N型金属氧化物半导体(NMOS)器件在γ射线辐照条件下的光电流特性,采用激光模拟技术,利用部分耗尽型绝缘体上硅(PDSOI)工艺NMOS器件进行激光照射试验,获得不同尺寸和拓扑结构器件在激光照射条件下光电流和激光入射能量之间的关系。利用TCAD仿真工具进行器件的光电流仿真,对比TCAD仿真与激光模拟试验数据,两组数据结果基本一致,验证了激光模拟技术的可行性和准确性。通过与理论计算得到的光电流进行对比,获得了理论计算与试验光电流之间的关系,并由此得到器件寄生双极晶体管在激光照射条件下的放大倍数。

带阶梯栅氧的N-LDMOS晶体管热载流子退化分析(英文)

为了减小高压N-LDMOS器件的热载流子效应并维持其开态特性,提出了一种带有阶梯栅氧的新型N-LDMOS器件结构.与传统的N-LDMOS器件相比,其栅极下方Si-SiO2界面处的电场强度明显减弱,因而可以有效地减少器件的热载流子效应,而该阶梯栅氧结构可以通过功率集成电路工艺中普遍采用的栅氧生长方法进行2次栅氧生长来获得.采用TCAD仿真技术对传统的N-LDMOS器件和所提出的新型N-LDMOS器件的热载流子退化现象进行了对比和分析,并在维持原有器件特性参数的基础上得出了新型N-LDMOS器件中厚栅氧部分的最优长度.最后,通过选取某些特性参数进行了实际的器件退化测试,结果表明该新型N-LDMOS器件的热载流子退化现象得到了很大的改善.

热电子应力下nMOSFET中复合电流的退化特性研究

复合电流曲线面积S这一参数被引入来研究了热电子应力下n型金属氧化物半导体场效应晶体管(nMOSFET)中复合电流的退化特性。电子注入应力中,复合电流随着热电子应力后峰值变小并且曲线展宽。基于对S变化的分析,发现这种变化归因于热电子应力过程中,部分热电子占据了部分界面陷阱使得有效的界面态浓度Nit变小,同时另一部分注入进栅漏交叠区的氧化层中而使得有效的漏端电压UD增加。进一步发现,S的变化量△S与应力时间在双对数坐标下成线性关系:△S∝t^a,其中a=0.6。

功率NLDMOS电学安全工作区的版图设计优化

在不调整制备工艺、不增加工艺成本条件下,研究了管芯版图优化对功率n型横向扩散金属氧化物半导体(NLDMOS)电学安全工作区(E-SOA)的影响。通过研究p^+带嵌入方式、p^+图形形状、p^+分布密度、阵列单元栅宽及总栅数、金属引线方式等进行了版图设计优化和流片。管芯传输线脉冲(TLP)E-SOA测试结果表明,优化后的版图使NLDMOS在5 V工作电压下TLP E-SOA提升约30%,金属引线的加宽和叠加使NLDMOS的开态电流提升约7%。带状紧凑型p^+带且双栅极嵌入的优化版图设计能更好地稳定硅衬底电位,抑制寄生三极管的开启,增大E-SOA,提高器件可靠性。因此,版图设计优化对提升功率NLDMOS的性能和可靠性具有实际意义。

基于深亚微米工艺的栅接地NMOS静电放电保护器件衬底电阻模型研究

在考虑了电导率调制效应的情况下对深亚微米静电放电(electrostatic discharge,ESD)保护器件的衬底电阻流控电压源模型进行优化,并根据轻掺杂体衬底和重掺杂外延型衬底的不同物理机制提出了可根据版图尺寸调整的精简衬底电阻宏模型,所建模型准确地预估了不同衬底结构上源极扩散到衬底接触扩散间距变化对触发电压Vt1的影响.栅接地n型金属氧化物半导体器件的击穿特性结果表明,所提出的衬底电阻模型与实验结果符合良好,且仿真时间仅为器件仿真软件的7%,为ESD保护器件版图优化设计提供了方法支持.

Halo注入角度对热载流子效应的影响及优化

通过模拟和实验研究了不同的halo注入角度的NMOSFET,研究发现halo的注入角度越大,热载流子效应的退化越严重。考虑到由于热载流子的注入造成栅氧化层损伤,使器件可靠性变差,halo注入时应该采用小的倾角注入。