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高电场应力对MOS管阈值电压的影响 谭开洲 郭林 (信息产业部屯子24所重庆400060) 杨谟华 (电子科技大学 成都610054) 摘要：采用高电场应力研究了MOS管闽值电压漂移现象，认为可以作为一种较高总剂量辐射情 况下的一种评估手段之一。 1弓1言 开展这项工作目的是想发展一种评估MOS数字电路抗总剂量辐射能力的方法．它可以采用较为 筒单的测试系统比较经济的手段给出数字电路抗辐射能力的评价。它的基本原理是高电场(接近二 氧化硅的击穿电场)的应力将引起电子和空穴的注入、输运、和俘获。当高电场作用撇掉时二氧化 硅中就留存了电荷，这些电荷与辐射产生的电荷有相类似的特性：它们都使得MOS发管的阈值电压 发生变化，使得MOS管亚阐值区域特性变坏。高电场作用下二氧化硅中会存在电流，这些电流包括 式的电流和离子导电电流。物理机制上，它们可以由三大类机理阐述，一类是与温度有关，一类与 隧道量子效应有关．还有一类与电荷库仑场与外界电场相互作用有关。受温度影响的电流可以认为 是屯场帮助下的热激发载流子或离子的作用形成，与温度无关的电流是隧道电流，另一种形式上等 同于电荷在真空中运动形式．如空间电荷限制类型的电流。把这些电场帮助下的电流与辐射情况下 作一个对比，我们可以认为在辐射时产生的电子．空穴对在电场作用下所产生的电流与上述电场作用 F产生的电流，尤其是隧道作用的电流相比，可以看作是相似的。 在对我们的样品进行商电场作用时，我们将MOS管的源漏都悬空，施加完高电场应力后再测试 MOS管的阚值电压。 由于计划采用简单的办法来评估抗辐射加圃效果，因而测试系统也比较简单，它包括了一台电 流精度最高达lnA的晶体管特性图示 ．O--00-l丑Ⅳ／CU 仪，型号为DW4822和一台探针架， -．IF-∞一1盈Ⅳ，CH 为了便于载流子的注入，测试时有光 ．4--}-卜1l町恤 --．K}D_l删皤 照。所有样品所加的电场和时间都根 —囊一OD_1删V／dI 接近MOS器件栅介质失效时的状态 --．．O--FF-9 5IIv／nI (介质的击穿)。 +Fr-9 5酣／国 一肛IIvv／CM 2潮试蛄果 l 2 3 4 5 6 测试顺序 ： 图1是正电场应力对PMOS管闽 I 圈 正电场应力对懈管阈值电压的影响 值电压的影响，图中G-O-[2MV／cm、 ．553． 后面的数字代表所加的电场强度，分别为12、11、9．5MV／cm。从图1中可以看到，于氧化和H．O 合成氧化这两种加固样品的阈值电压漂移较小，而普通的商业MOS管