發(fā)布時(shí)間：2019-11-11 01:11

【摘要】：CMOS的發(fā)展緊隨摩爾定律的步伐不斷縮小特征尺寸的同時(shí),逐漸增加的亞閾值電流和柵介質(zhì)漏電流阻礙了CMOS工藝進(jìn)一步發(fā)展。因此CMOS向22 nm節(jié)點(diǎn)以下發(fā)展的關(guān)鍵是減少器件漏電流,提高其穩(wěn)定性。解決方案有引入新技術(shù)和新材料(如應(yīng)力硅技術(shù)、高k絕緣介質(zhì)材料和鐵電材料等)和采用新型器件結(jié)構(gòu)(SOI(Silicon-on-Insulator)、雙柵、多柵MOSFET、FinFET等)。其中SOI器件以其短溝道效應(yīng)弱、跨導(dǎo)高、亞閾值斜率陡直、寄生電容低等優(yōu)點(diǎn)成為CMOS主流技術(shù)。最初提出DSOI(drain and source on insulator)結(jié)構(gòu)的主要目的是抑制SOI器件的浮體效應(yīng)和自熱效應(yīng)。一個(gè)能量粒子(如重離子或中子)對半導(dǎo)體材料的轟擊會使其發(fā)生電離從而導(dǎo)致器件工作不正常,這就是器件的單粒子瞬態(tài)效應(yīng)。器件特征尺寸不斷縮小導(dǎo)致器件對輻射更加敏感,單粒子效應(yīng)更加顯著。因此,研究如何抑制單粒子效應(yīng)是非常必要的。經(jīng)研究,獨(dú)特的DSOI器件結(jié)構(gòu)在抑制單粒子效應(yīng)方面有較大的優(yōu)勢�；谝陨显�,本論文利用器件仿真軟件Sentaurus TCAD對DSOI器件的單粒子效應(yīng)機(jī)制做了相關(guān)研究。首先研究了單個(gè)DSOI器件中單粒子瞬態(tài)效應(yīng)的作用機(jī)理,通過仿真軟件Sentaurus TCAD建模仿真了45 nm特征尺寸DSOI器件的電學(xué)特性和不同單粒子入射情況下DSOI器件中的單粒子瞬態(tài)效應(yīng)。其次利用仿真軟件Sentaurus TCAD對不同結(jié)構(gòu)的DSOI器件的進(jìn)行了不同單粒子入射情況下的單粒子瞬態(tài)效應(yīng)研究,最后,構(gòu)建DSOI器件七級反相器鏈,并對其進(jìn)行混合數(shù)值模擬仿真。通過針對單個(gè)半導(dǎo)體器件和電路級這兩個(gè)角度進(jìn)行計(jì)算機(jī)軟件仿真來研究DSOI器件的單粒子瞬態(tài)效應(yīng),仿真結(jié)果表明,DSOI器件擁有和SOI器件一樣優(yōu)秀的電學(xué)特性,同時(shí)DSOI器件因?yàn)槠湓绰┒伺c襯底之間被埋氧層隔離,所以還克服了傳統(tǒng)SOI器件的浮體效應(yīng)和自熱效應(yīng)。在N型DSOI器件中,漏極無法收集入射離子轟擊半導(dǎo)體器件導(dǎo)致半導(dǎo)體材料發(fā)生電離所產(chǎn)生的電子,在P型DSOI器件中,由于埋氧層較深,埋層與襯底界面處的半導(dǎo)體材料發(fā)生電離所產(chǎn)生的電子引起的的電勢變化不會引起嚴(yán)重的雙極晶體管放大效應(yīng),因此漏極也不會吸收過多空穴。因此DSOI器件還有著優(yōu)秀的單粒子瞬態(tài)效應(yīng)加固能力。
【圖文】：

S 管寄生的源漏電容，能夠形成深亞微米器件需要的淺結(jié)。但是由氧層的導(dǎo)熱率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于體硅，因此會導(dǎo)致 SOI 器件的自熱效應(yīng)更盡管 SOI 器件電學(xué)特性很占優(yōu)勢，但是差的導(dǎo)熱能力導(dǎo)致 SOI 器子遷移率降低、驅(qū)動能力降低，速度減小等等問題，使得 SOI 器限制[3]。綜上所述，必須研究 SOI 器件的散熱特性，對 SOI 器件制進(jìn)。如圖 1.1 所示，圖 1.1 (a)、(b)、(c)分別為體硅，SOI 和 DSOI MO意圖。其中 S 表示源極，C 表示溝道，D 表示漏極。比起體硅器件源極和漏極的下方增加了埋氧層；比起常規(guī) SOI 器件，新器件選代替溝道下方的埋氧層。兼容 SOI 和體硅技術(shù)的新工藝 DSOI 技術(shù)統(tǒng) SOI 器件的浮體效應(yīng)和自熱效應(yīng)，并且還能兼?zhèn)?SOI 器件相對電學(xué)特性上的優(yōu)勢，，硅通道的導(dǎo)熱作用降低了器件的襯底熱阻和自SOI 結(jié)構(gòu)中，埋氧層只存在于器件的漏、源區(qū)的下方，溝道的器件通，所以完全消除了浮體效應(yīng)。因此，對 DSOI 進(jìn)行進(jìn)一步研究很主要想研究單粒子效應(yīng)對 DSOI 器件的影響，以分析 DSOI 器件未集成電路上發(fā)展的可能性[4-7]。

2圖 1.2 太陽耀斑線核聚變反應(yīng)產(chǎn)生的高能粒子流。太陽活動每 11 年為陽耀斑，太陽宇宙射線是由 95%以上的質(zhì)子組成電子伏特之間[9-13]。太陽宇宙射線粒子在太陽活動處
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN303

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前6條

1 李凱;基于鐵電場效應(yīng)晶體管的查找表的設(shè)計(jì)與仿真[D];湘潭大學(xué);2015年

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3 宋大建;MOS器件單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)研究[D];西安電子科技大學(xué);2011年

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本文編號：2559114