nmos晶体管总剂量辐照效应的电流模型研究

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1、目录4.2模型的求解与讨论..........................................................................................364.3模型的验证......................................................................................................444.4辐照诱生缺陷和电流的拟合....................................................

2、......................474.5本章小结..........................................................................................................49第五章总结与展望......................................................................................................515.1总结............................

3、......................................................................................515.2后续工作展望..................................................................................................52致谢.....................................................................................

4、.......................................53参考文献........................................................................................................................54攻读硕士学位期间取得的成果....................................................................................59V第一章绪论第一章绪论1.1研究课题

5、背景与意义随着集成电路在空间环境或核辐射环境等领域的应用不断攀升，微电子器件和电路会收到来自空间或核辐射环境的各种粒子的电离和辐照，并导致其失效。为了确保集成电路在辐照环境中的可靠性，集成电路的抗辐照技术一直受广泛的关注[1-8]，随着辐照要求的不断攀升，同时也面临着更大的考验。集成电路受到的辐照机理有多种，其中电离辐射总剂量效应（TotalIonizingDose,TID）是集成电路失效的主要原因之一[6]。电离辐射总剂量效应，主要是当电子设备暴露在空间或者核辐照环境中时，带电粒子，X射线和γ射线对设备中的芯片进行轰击，导致器件内部沉积能量，产生电子-空穴对，

6、然后电子-空穴对在器件内部进行复合，输运，俘获，形成固定电荷和界面态的物理过程，影响电子元器件的电学特性。对于MOS器件而言，总剂量效应主要会在氧化层内形成固定陷阱电荷[2-6]，Si-SiO[6-8]2界面形成界面态陷阱，因此会引起MOSFET电学特性的参数发生变化，其性能参数的变化表现为阈值电压漂移[9]，迁移率的下降[10]，跨导的退化[6]，关断电流增大[6]，1/f噪声增大[11]等。这些电学参数的变化，会引起MOS器件的性能的退化甚至失效。总剂量效应对NMOS和PMOS的电学性能参数影响不同[12]。总剂量辐射主要会在氧化层内产生正的陷阱电荷，对于N

7、MOS来说，氧化层内的正电荷会使其阈值电压向负向漂移，从而引起亚阈值区的漏电流的增加，并且辐照总剂量越大，此区的漏电流会比辐照前的电流大好几个量级；而PMOS的阈值电压会变的更负，阈值电压的绝对值增加，因此PMOS的漏电流反而随着总剂量辐照而变小。另外,晶体管在辐照时栅极所加的偏压也会对辐照电荷的多少产生不同的影响，而这种影响主要是引起NMOS的辐照电荷的变化，对PMOS的影响却很小。NMOS器件受到辐照的影响更加严重，更容易导致器件性能的退化甚至失效，对NMOS器件抗辐射性能的研究意义更大。NMOS器件受到总剂量辐照后，其失效主要是由于氧化层内电荷的堆积以及S

8、i-SiO2界面态陷阱的