低剂量辐照条件下的MOSFET因辐照导致的阈值电压漂移的模拟1).PDFVIP

( ) 北京大学学报 自然科学版 ,第 38 卷 ,第 1 期 ,2002 年 1 月 Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis , Vol . 38 , No . 1 (J an ,2002) 低剂量辐照条件下的 MOSFET 因辐照导致的 1) 阈值电压漂移的模拟 万新恒 　张 　兴 　高文钰 　黄 　如 　王阳元 (北京大学微电子学研究所 ,北京 ,100871) 摘 　要 　推导了MOSFET 器件阈值电压漂移与辐照剂量和辐照剂量率之间的解析关系 。模型计算 结果与实验吻合较好 。该模型物理意义明确 ,参数提取方便 ,适合于低辐照总剂量条件下的MOS 器件与电路的模拟 。并进一步讨论了MOSFET 的辐照敏感性 。结果表明 ,尽管 PMOS 较之NMOS 因 辐照引起的阈值电压漂移的绝对量更大 ,但从 MOSFET 阈值电压漂移量的摆幅这一角度来看 ,在低 剂量辐照条件下NMOS 较之 PMOS 显得对辐照更为敏感 。这一研究结果可能为辐照剂量学提供新 的应用思路 。 关键词 　MOSFET ; 阈值电压漂移 ; 辐照效应 ; 辐照敏感性 中图分类号 　TN304 0 　引　言 近 30 年来 , 国际上对于体硅材料及 MOSFET 的辐照效应已进行了大量的研究 。电离辐射 对 MOSFET 的作用主要是引起阈值电压的漂移 ,并认为是辐照感生的 SiSiO 界面态和栅氧化 2 层中的氧化物电荷所引起 。国际上在这方面的研究大多集中于辐照试验和加固工艺方面 ,在 辐照机理及其模拟方面的研究正不断深入[ 1～7 ] 。 以n 沟增强型MOSFET 为例 ,因辐照引起的阈值电压漂移可表示为 :[ 1] : Δ q Δ q Δ Δ Δ ( ) V = - N + N = V + V , 1 T ot it ot it C C ox ox Δ Δ 　　其中 q 为电子电量 , C 为氧化层电容 , q N 、q N 分别为氧化层陷阱电荷和界面陷阱电 ox ot it 荷 。 进一步可导出阈值电压漂移与辐照剂量之间的半经验关系式[2 ] : Δ Δ Δ - 7 2 - 747 {D } F ( E , ζ) F + {D }23 ( ) V = V + V = 514 ×10 { t } Gy t