基于1f噪声的mosfet抗辐照能力无损表征方法

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1、摘要随着大量商用高性能半导体器件用于宇航、核能等领域，越来越多的未加固MOSFET需要在核辐射条件下工作，为了在保证使用的可靠性的同时尽可能的降低成本，人们迫切需要一种可靠，快速，成本低廉的无损伤辐照效应预测方法来代替传统的辐射退火晒选方法。本文介绍了MOS器件电离辐照效应及l／f噪声物理机制，在此基础上，进行了噪声与电离辐照相关性的试验，获取了大量辐照前后MOS器件的电参数及噪声参数数据，并对MOS器件抗辐照能力的1／f噪声表征进行了深入研究，取得了以下研究成果：l、对不同沟道类型和沟道尺寸的MOSFET进行了”Cog辐照实验，发现辐照前1／f噪声与辐照引起阈值电压漂移、跨导退化及栅

2、泄漏电流增加之问有明显的相关性。理论分析表明，电离辐照在MOS器件栅氧化层中激发的电荷会被Si／Si02系统中缺陷所俘获形成陷阱电荷，这些陷阱电荷的存在导致器件电参数发生改变，严重的还引起器件的实效。由于l／f噪声反应了栅中缺陷数目的多少，也就是反映了栅氧质量的好坏，因此辐照前的l／f噪声与辐照后器件的电参数变化体现出相关性。2、基于界面陷阱形成的氢离子运动两步模型和反应过程的热力学平衡假设，推导了MOSFET经历电离辐照后氧化层空穴俘获与界面陷阱形成间关系的表达式。利用初始l，f噪声功率谱幅值与氧化层空穴俘获之间的联系，建立了辐照前的l／f噪声幅值与辐照诱生界面陷阱数量之间的半经验公

3、式，并通过实验予以验证。本文研究结果表明，由于辐照诱生的氧化层内陷阱通过与分子氢作用而直接参与到界面陷阱的建立过程中，从而使界面陷阱生成数量正比于这种陷阱增加的数量，因此辐照前的1／f噪声功率谱幅值正比于辐照诱生的界面陷阱数量。本文结果为l，f噪声用作MOSFET辐照损伤机理研究的新工具，对其抗辐照性能进行无损评估提供了理论依据与数学模型，并且通过实验给予验证。关键词：MOSFET电离辐照效应1／f噪声无损评估ABSTRACTMOSdeviceshavetosufferfromionizingradiationastheyarewidelyusedintheenvironmentofs

4、pace，nuclearenergyandnuclearweapon．Theparameterdefradation，halfand／orfullpermanentdamageevenfailureinfunctionofMOSdeviceswillOC圮arduetothegenerationofradiation-inducextoxidetrappedchargesandinterfacetraps．Inordertoke印thedevicesworkwellintheenvironmentofionizingradiation,radiation—annealtechnique

5、sofionizingradiationaregenerallyused．Themoreimportantthingisthatthismethodwillinducesomenewlatentdefectsinthedeviceundertest,letalonethismethodisexpensive，time-wasteanddestructive．Itisthereforeusefultoconsiderwhetherasimple，fastandnondestructivemethodcallbedefinedtocharacterizetheabilityofMOSdev

6、icestorestrainradiation．’Themethodofcharacterizingahili哆ofMOSdevicestorestrainradiationisthoroughlystudiedbyanalyzingtherelationshipbetween1／fnoiseandradiationeffects．1、TheradiationexperimentsofMOSFETs，withdifferentchannelareaandtype，havebeenmadeusing”Coy"asradiationsource．Theresultsdemonstratet

7、hatthereareobviousrelationshipsbetween1／fnoiseofpre-radiationandthechangesofthresholdvoltageandtransconductanceafterradiation．Theresultsalsotellthatthemagnitudeofl／fnoisebecomeslargewitllthedoseofradiationadding．whichpredica