功率金属-氧化物半导体场效应晶体管静电放电栅源电容解析模型的建立

在实际静电放电测试时,发现各种功率金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的静电放电测试结果均呈现出正反向耐压不对称现象,而人体与器件接触时的静电放电过程是不区分正反向的.正反向耐压差异较大对于功率MOSFET或作为静电放电保护器件来说都是无法接受的,其造成器件失效的问题格外凸显.本文通过建立SGT-MOSFET,VUMOSFET和VDMOS在静电放电正反向电压下的栅源电容解析模型,对比分析了三种功率MOSFET器件静电放电正反向耐压不对称及其比值不同的原因,为器件的静电放电测试及可靠性分析提供了理论依据.

高迁移率金属氧化物半导体薄膜晶体管的研究进展

基于金属氧化物半导体(MOS)的薄膜晶体管(TFT)由于较高的场效应迁移率(μFE)、极低的关断漏电流和大面积电性均匀等特点,已成为助推平板显示或柔性显示产业发展的一项关键技术。经过30余年的研究,非晶铟镓锌氧化物(a-IGZO)率先替代非晶硅(a-Si)在TFT中得到推广应用。然而,为了同时满足显示产业对更高生产效益、更佳显示性能(如高分辨率、高刷新率等)和更低功耗等多元升级要求,需要迁移率更高的MOS TFTs技术。本文从固体物理学的角度,系统综述了MOS TFTs通过多元MOS材料实现高迁移率特性的研究进展,并讨论了迁移率与器件稳定性之间的关系。最后,总结展望了MOS TFTs的现状和发展趋势。

40nm金属氧化物半导体场效应晶体管感应栅极噪声及互相关噪声频率与偏置依赖性建模

用于低功耗、混合信号及高频领域的CMOS技术的缩比进展,表明其最佳的高频性能已从低中反区转移至弱反区.高频噪声模型是射频与毫米波电路设计的先决条件,是纳米级金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)噪声分析的重要基础.本文基于40 nm MOSFET的器件物理结构,并结合漂移-扩散方程和电荷守恒定律,提出了基于物理的高频感应栅极电流噪声模型及其与漏极电流噪声的互相关噪声模型,以此来统一表征噪声从弱反区到强反区的频率与偏置依赖性.本文通过将有效栅极过载引入高频噪声模型中,使得统一模型具有良好的准确性、连续性和平滑性.最后,通过所建模型的仿真结果与实验结果的数据比较,验证了本文所建模型的准确性及其对长沟道器件在强反区的适用性.

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.

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.

65 nm互补金属氧化物半导体场效应和晶体管总剂量效应及损伤机制

对65 nm互补金属氧化物半导体工艺下不同尺寸的N型和P型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET和PMOSFET)开展了不同偏置条件下电离总剂量辐照实验.结果表明:PMOSFET的电离辐射响应与器件结构和偏置条件均有很强的依赖性,而NMOSFET表现出较强的抗总剂量性能;在累积相同总剂量时,PMOSFET的辐照损伤远大于NMOSFET.结合理论分析和数值模拟给出了PMOSFET的辐射敏感位置及辐射损伤的物理机制.

垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管电学法热阻测试中测试电流的研究

本文针对垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管器件电学法热阻测试的关键参数——测试电流的影响因素进行研究,测试电流选择恰当与否是热阻测试的先决条件。通过理论分析和三款典型垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管器件的试验验证,得出一种通过测试电流自升温、测试延迟时间及校温曲线这3个方面有效确定垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管器件电学法热阻测试时测试电流的方法。

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.

金属氧化物半导体场效应晶体管中总剂量效应导致的阈值电压漂移研究现状

为了研发可用于核与辐射应急响应与准备的机器人,对比了多种具有不同结构和生产工艺的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)由于总剂量效应(TID)导致的阈值电压漂移(ΔVth)。注意到了栅宽和栅长对器件耐辐射能力的影响在体CMOS器件和纳米线(NW)MOSFET器件之间、高的和低的工艺节点之间的不同,并从辐射诱导的窄通道效应(RINCE)和辐射诱导的短通道效应(RISCE)两方面解释了这种区别的原因。发现近年来前沿的一些研究在考虑辐射效应时,修正了负偏压不稳定性(NBTI)的影响。并讨论了几种新型器件包括锗沟道、氮化镓沟道管和具有特殊几何布局的晶体管。此外,介绍了计算机辅助设计技术(TCAD)在几种新型场效应管的机理研究和建模验证中的应用。

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.

金属氧化物半导体场效应管

MOS是一种半导体电路的结构形式，它可用于：（1）采用氧化膜把栅极与沟道绝缘的场效应管；（2）极板；（3）有源区是金属一氧化物半导体的夹心层的电路。而FET是输出电流的大小受输入电压控制的一种电场效应晶体管，α-SiTFT和p—SiTFT都是基于场效应管的工作原理。MOSFET是由金属、氧化物（SiO2或SiN）及半导体三种材料制成的器件，可以广泛使用在类比电路与数位电路的场效晶体管。

P型金属氧化物半导体(PMOS)剂量计探头的差分工作电路技术

针对目前国内使用的P型金属氧化物半导体(Positive channel metal oxide semiconductor,PMOS)剂量计存在的灵敏度较低的问题,在对PMOS剂量计探头工作电路原理进行深入研究的基础上,采用差分工作模式的探头电路对我国PMOS剂量计的工作电路进行改进,采用^60Coγ辐射源对国内常用探头进行辐照试验。结果表明:差分工作模式探头的辐照响应在线性度方面基本与国内目前常用的恒流注入工作模式探头保持一致,根据公式ΔVth=KD^n拟合后两种工作模式的n值均为0.7;而差分工作模式下探头的灵敏度得到了大幅度提高,恒流工作模式时探头灵敏度为0.0218 V/Gy(Si),差分工作模式时探头灵敏度为0.0972 V/Gy(Si),是恒流注入工作模式灵敏度的4倍有余。

N_(2)O处理对背沟刻蚀金属氧化物薄膜晶体管性能的影响

通过采用稀土元素镨掺杂铟锡锌氧化物半导体作为薄膜晶体管沟道层,成功实现了基于铝酸的湿法背沟道刻蚀薄膜晶体管的制备.研究了N_(2)O等离子体处理对薄膜晶体管背沟道界面的影响,对其处理功率和时间对器件性能的影响做了具体研究.结果表明,在一定的功率和时间处理下能获得良好的器件性能,所制备的器件具有良好的正向偏压热稳定性和光照条件下负向偏压热稳定性.高分辨透射电镜结果显示,该非晶结构的金属氧化物半导体材料可以有效抵抗铝酸的刻蚀,未发现明显的成分偏析现象.进一步的X射线光电能谱测试表明,N_(2)O等离子体处理能在界面处形成一个富氧、低载流子浓度的界面层.其一方面可以有效抵抗器件在沉积氧化硅钝化层时等离子体对背沟道的损伤;另一方面作为氢的钝化体,抑制了低能级施主态氢的产生,为低成本、高效的薄膜晶体管性能优化方式提供了重要参考.

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.

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.

新型金属氧化物半导体场效应晶体管探测器在放疗剂量监控中的应用

目的探索和评估自行开发研制的新型金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)探测器在体实时剂量测量中的应用特性。方法分别使用医科达加速器8、15MV光子线,以及6、8、12、18 MeV电子束刻度MOSFET探测器。根据探测器灵敏度随能量变化情况评估MOSFET探测器能量依赖性。使用8MV光子线在0～50 Gy范围内观察MOSFET探测器读数随累积剂量变化的线性情况,确定MOSFET探测器剂量测量的线性区间。将MOSFET探测器固定在圆柱形PMMA体模中央,顺时针每15°检测探测器信号响应,判断MOSFET探测器方向性。对1例乳腺癌放疗患者应用MOSFET探测器进行了全程剂量监测。在使用NE-2571指形电离室对该患者放疗计划剂量计算进行物理验证后,分别于首次治疗、每周1次治疗及最后1次治疗中应用MOSFET探测器测量患者体表吸收剂量,并将测量结果与该处计划剂量进行比较,确定乳腺癌三维放疗的总体剂量偏差。结果对8、15 MV光子线和6～18MeV电子束测量结果显示,MOSFET探测器灵敏度随能量变化的幅度＜2．5%。这表明MOSFET探测器对中高能射线具有较好的能量响应。在6 V门控电压状态下,MOSFET探测器在0～50 Gy的剂量范围内保持了较好的剂量线性,最大偏差＜3．0%。在每次测量前和测量后分别刻度MOSFET探测器并取其平均值可使其剂量线性误差控制在1%以内。该MOSFET探测器信号响应在270～90°之间呈现出各向同性,读数偏差＜1．5%。但在探测器背面(135～225°之间)的信号响应明显变小,背面与正面的读数偏差最大可达10．0%。应用于患者实时剂量监测的结果显示,实际测量剂量与计划剂量相比平均偏差2．8%,最大偏差＜5．0%,符合AAPM 13号报告对体外放疗剂量总不确定度的质量控制标准。结论该MOSFEYT探测器体积小,操作简单,对中高能辐射具有较好的能量响应和剂量线性,为治疗计划剂量验证和人体吸收剂量测量提供了一种较好的剂量工具。

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.