低剂量率60Coγ射线辐照下SOIMOS器件的退化机理-物理学报.PDF

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 61, No. 24 (2012) 246101 低剂量率 Co 射线辐照下SOI MOS 器件 的退化机理* 商怀超 刘红侠 卓青青 ( 西安电子科技大学微电子学院, 宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室, 西安 710071 ) ( 2012 年6 月11 日收到; 2012 年7 月12 日收到修改稿) 本文通过实验分析了0.8 m 工艺H 形栅SOI MOS 器件在低剂量率下的 射线总剂量效应. 实验结果表明, 总剂量相同时, 低剂量率的辐照效应更严重, 关态偏置条件下的阈值电压漂移大于开态, 辐照引起NMOS 器件发 生kink 效应时的漏极电压 升高. 研究结果表明: 界面态对PMOS 器件亚阈值斜率和跨导退化的影响作用不同, 主要原因是栅极偏置不同使起作用的界面态数量不同. 关键词: 低剂量率, 总剂量效应, kink 效应, 跨导 PACS: 61.80.Jh, 61.80.Ed, 24.50.+g 不同, 在总剂量辐照中感生电荷的分布、数量也不 1 引言 尽相同. 空间环境中星载电子器件长期工作在辐射剂 SOI 技术实现了单个晶体管的全介质隔离, 从 量率很低的环境中, 低剂量率辐照条件下, 器件的 根本上消除了体硅CMOS 器件的闩锁效应. 较小的 辐照效应与较高剂量率有着明显的不同. 国内外对 电荷收集体积使SOI 器件具有比体硅器件更好的 于H 形栅SOI 器件的低剂量率辐射效应的研究相 抗单粒子效应及抗瞬时辐射的能力, 广泛应用于空 对较少. 本文通过低剂量率 射线总剂量辐照实验 间和其他辐照环境中. 然而绝缘埋层的存在使未经 与电学测试, 对H 形栅结构的PD SOI MOS 晶体管 加固的SOI 器件抗总剂量辐照的能力较弱. 在电离 的总剂量辐照效应进行了研究, 探讨了低剂量率辐 辐射的环境下, 辐射在绝缘埋层引入陷阱电荷和界 照效应对器件亚阈值特性、kink 效应和跨导等特 面态. 近些年来, 国内外学者对SOI 器件的总剂量 性的影响. 辐射进行了深入研究 , 主要涉及总剂量辐照引 起的SOI 器件性能退化及其物理机理, 提出了分离 氧化物陷阱和界面态的方法 . 总剂量辐照在埋 2 辐照实验和测试 氧中俘获电荷, 引起阈值电压漂移; 在Si/SiO 界面 引入界面态, 使跨导退化; 同时导致部分耗尽(par- 实验样品为0.8 m 工艺的带两个p 体引出 tially depleted, PD) 器件和全耗尽(full depleted, FD) 端的H 形栅结构SOI 器件, 图1 为SOI 器件的版 器件源漏之间的漏电流增加, 器件因为过早开启而 图结构, 有三种不同的器件尺寸, 宽长比 分别 失效. 辐照效应与辐照过程中器件的偏置状态密切 为8 m/8 m, 8 m/1.6 m,