本文關鍵詞：SOI MOS器件輻射效應的機理與可靠性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：當電子元器件持續(xù)暴露于輻射環(huán)境時,高能粒子會進入電子器件內(nèi)。這些高能粒子將會在組成器件的各種氧化物和絕緣體結構內(nèi),形成大量陷阱電荷的積累,最終導致器件性能的退化和失效。SOI(絕緣體上硅)結構中,制造的有源器件處于絕緣層之上,實現(xiàn)了集成電路中元器件的介質隔離,具有減小的P-N結面積和電荷收集體積。因此,SOI技術具有更好的抗單粒子效應和抗瞬時劑量率效應的能力,一直以來廣泛應用于軍事,空間等領域。另外,基于SOI技術的器件和電路與體硅電路相比,具有寄生電容小、集成密度高、速度快、短溝道效應小等優(yōu)勢,這些都使其有可能成為未來的半導體主流技術。但是,電離總劑量輻照環(huán)境導致SOI結構的場氧化層和埋氧化層中,俘獲了大量的氧化層陷阱電荷,產(chǎn)生了一系列的寄生晶體管結構。因此,這些寄生結構消弱了SOI技術相對于體硅晶體管的優(yōu)勢,采取措施降低這些寄生結構的影響是提高SOI技術的抗輻照性能的重要研究方向。本論文首先研究了SOI MOS器件總劑量輻射效應的機理,在此基礎上對項目提供的非加固SOI MOS器件在總劑量輻照實驗中的偏置、襯底電流和Kink效應進行了分析;提出了傳輸態(tài)偏置條件下,SOI NMOS器件的背柵閾值電壓模型;最后,探索了總劑量和熱載流子耦合應力條件下,器件跨導和閾值電壓的變化,為進一步研究SOI器件的可靠性以及多種應力條件下的損傷機理提供了參考。其次,對MOS體硅和SOI器件的單粒子效應進行了計算機仿真模擬,結構表面三維單粒子仿真模擬更符合和接近實際情況,最后探索了在總劑量條件下,SOI器件單粒子效應的新趨勢。全文研究可以概括為以下四個部分:1.研究了在不同輻照偏置和測量偏置下,未經(jīng)過抗輻照加固的0.8?m SOI NMOS的總劑量輻射效應,討論了其輻照響應機制。揭露了在總劑量輻照條件下,SOI NMOS器件三種不同的kink效應,發(fā)現(xiàn)傳輸態(tài)偏置是SOI器件的背柵最劣輻照偏置條件。最后,對SOI器件進行了熱載流子應力之后的總劑量輻射效應的研究,建立了一種定性描述MOS器件熱載流子和輻射耦合效應的跨導模型。2.探討了通過離子注入技術在埋氧層中注入Si+,以引入電子陷阱來補償總劑量效應在埋氧層中空穴陷阱俘獲的空穴電荷;通過硅島隔離與LOCOS隔離技術相結合的氧化臺面隔離技術,從而實現(xiàn)SOI器件的電隔離;采用H柵體接觸結構,消除了晶體管的邊緣寄生效應。通過對材料和工藝加固的PD SOI器件的地面總劑量實驗,驗證了以上的加固措施對器件進行加固的有效性和合理性。3.采用計算機仿真和數(shù)值模擬的方法,研究了NMOS器件的單粒子效應。主要包括不同漏極偏置,不同柵長度和不同注入位置下,NMOS器件漏極單粒子瞬態(tài)脈沖電流的變化趨勢。最后,對單粒子效應電荷收集方式在器件中的產(chǎn)生和消失的物理過程進行了詳細的分析。4.研究了SOI MOS器件的寄生雙極放大效應,研究了線性傳輸能量值(LET)和單粒子注入位置等關鍵重離子參數(shù),對PD SOI器件和FD SOI器件的寄生雙極放大效應的影響,并對兩種SOI結構的仿真結果進行了比較。研究了二維和三維SOI器件的單粒子效應,以及SOI NMOS器件,在總劑量輻照條件下的單粒子效應。結果表明:隨著總劑量水平的增加,器件在同等條件的重離子注入下,所產(chǎn)生的最大漏極電流的脈沖變化較小,只是稍有增大,但是漏極收集電荷隨總劑量水平增加的幅度較大。
【關鍵詞】：部分耗盡SOI器件 總劑量效應 單粒子效應 氧化層空穴陷阱
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN386
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 符號對照表13-14
• 縮略語對照表14-18
• 第一章 緒論18-26
• 1.1 研究背景18-23
• 1.1.1 輻射環(huán)境18-20
• 1.1.2 SOI器件的優(yōu)越性20-21
• 1.1.3 SOI器件的輻射效應21-23
• 1.2 研究現(xiàn)狀和意義23
• 1.3 研究目標和內(nèi)容23-26
• 第二章 MOS器件輻射效應的產(chǎn)生機制以及失效表征方法26-34
• 2.1 MOS器件的總劑量效應研究機制26-29
• 2.1.1 電荷產(chǎn)生27-28
• 2.1.2 氧化層陷阱28
• 2.1.3 界面陷阱28-29
• 2.2 輻照引起器件特性變化29-31
• 2.3 器件輻照表征和測試分析方法31-33
• 2.3.1 器件性能退化與參量表征31-32
• 2.3.2 器件測試方法與分析方法32-33
• 2.4 本章小結33-34
• 第三章 未加固 SOI 器件的總劑量輻射效應研究34-60
• 3.1 實驗方案34-36
• 3.1.1 實驗樣品35-36
• 3.1.2 總劑量實驗和測試條件36
• 3.2 偏置條件對SOI NMOS器件總劑量效應的影響36-41
• 3.2.1 輻照實驗偏置條件的影響37
• 3.2.2 測量偏置條件的影響37-40
• 3.2.3 輻照對器件體電流的影響40-41
• 3.3 總劑量輻照條件下的Kink效應研究41-46
• 3.3.1 線性區(qū)Kink效應42
• 3.3.2 碰撞電離引起的Kink效應42-44
• 3.3.3 背柵異常的“Kink效應”44-46
• 3.4 PD SOI的背柵最劣偏置研究46-52
• 3.4.1 偏置條件對SOI器件的背柵閾值電壓漂移影響46-49
• 3.4.2 模擬工具及模型參數(shù)的選擇49-51
• 3.4.3 不同偏置條件SOI器件的背柵晶體管仿真研究51-52
• 3.5 熱載流子和輻照耦合效應的研究52-58
• 3.5.1 實驗方案設計53-54
• 3.5.2 實驗結果分析54-56
• 3.5.3 熱載流子和輻射耦合效應的跨導模型56-58
• 3.6 本章小結58-60
• 第四章 加固SOI器件的總劑量輻射效應研究60-74
• 4.1 SOI材料加固研究60-62
• 4.1.1 Si+注入技術改性加固SIMOX材料的原理60
• 4.1.2 樣品制備和輻照實驗60-61
• 4.1.3 實驗結果與分析61-62
• 4.2 SOI器件加固研究62-65
• 4.2.1 SOI器件工藝優(yōu)化加固方法62-63
• 4.2.2 SOI器件版圖優(yōu)化加固方法63-65
• 4.3 加固SOI器件的總劑量輻照研究65-72
• 4.3.1 加固SOI NMOS前柵特性研究66-70
• 4.3.2 加固SOI NMOS背柵特性研究70-72
• 4.4 本章小結72-74
• 第五章 MOS器件單粒子效應仿真研究74-86
• 5.1 單粒子注入模型74-75
• 5.2 NMOS器件中單粒子瞬態(tài)電流收集機制75-83
• 5.2.1 仿真物理模型和結構75-78
• 5.2.2 數(shù)值結果和分析78-83
• 5.3 NMOS器件中漏極電壓隨時間的變化83
• 5.4 本章小結83-86
• 第六章 SOI器件單粒子效應仿真研究86-106
• 6.1 二維SOI器件的單粒子效應仿真86-94
• 6.1.1 雙極放大效應的物理機制86-88
• 6.1.2 仿真結構和選取的物理模型88-90
• 6.1.3 模擬結果和分析90-94
• 6.2 三維SOI器件單粒子效應仿真94-99
• 6.2.1 單子里入射半導體的徑跡94
• 6.2.2 三維單粒子效應仿真的器件結構94-96
• 6.2.3 調(diào)整三維仿真程序中的物理模型96-98
• 6.2.4 二維和三維SOI器件的單粒子仿真效應比較98-99
• 6.3 總劑量條件下SOI器件的單粒子效應99-104
• 6.3.1 計算柵氧和埋氧層中的有效空穴電荷密度100-101
• 6.3.2 總劑量條件下的SOI器件的單粒子效應仿真101-104
• 6.4 本章小結104-106
• 第七章 結論和展望106-108
• 7.1 研究結論106-107
• 7.2 研究展望107-108
• 參考文獻108-116
• 致謝116-118
• 作者簡介118-120
• 1.基本情況118
• 2.教育背景118
• 3.在學期間的研究成果118-120

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 李澤宏,李肇基,楊艦;橫向高壓DMOS單粒子輻照瞬態(tài)響應[J];電子科技大學學報;2004年02期

  本文關鍵詞：SOI MOS器件輻射效應的機理與可靠性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：263276