γ射线总剂量辐照效应对应变si p型金属氧化物半导体场效应晶体管阈值电压与跨导的影响研究

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．23(2014)236102射线总剂量辐照效应对应变Sip型金属氧化物半导体场效应晶体管阈值电压与跨导的影响研究术胡辉勇刘翔宇十连永昌张鹤鸣宋建军宣荣喜舒斌(西安电子科技大学微电子学院，宽禁带半导体材料与器件重点实验室，西安710071)(2014年3月27日收到；2014年7月3日收到修改稿)分析了双轴应变Sip型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)在v射线辐照下载流子的微观输运过程，揭示了v射线的作用机理及器件电学特性随辐照总剂量的演化规

2、律，建立了总剂量辐照条件下的双轴应变SiPMOSFET阈值电压与跨导等电学特性模型，并对其进行了模拟仿真．由仿真结果可知，阈值电压的绝对值会随着辐照总剂量的积累而增加，辐照总剂量较低时阈值电压的变化与总剂量基本呈线性关系，高剂量时趋于饱和；辐照产生的陷阱电荷增加了沟道区载流子之间的碰撞概率，导致了沟道载流子迁移率的退化以及跨导的降低．在此基础上，进行实验验证，测试结果表明实验数据与仿真结果基本相符，为双轴应变SiPMOSFET辐照可靠性的研究和应变集成电路的应用与推广提供了理论依据和实践基础．关键词：应变

3、SiP型金属氧化物半导体场效应晶体管，总剂量辐照，阈值电压，跨导PACS：61．80．Ed．73．50．Dn．85．30．TVDOI：10．7498／aps．63．2361021引言2模型的建立随着微电子技术的发展，以互补型金属氧化物本文采用西安电子科技大学与中电24所联半导体技术为主导的集成电路技术已经进入了纳合设计并制备的双轴应变SiPMOSFET作为研米尺度，使基于“等比例缩小”原则且一直遵循着究对象，并采用西北核物理研究院的钴源对应变“摩尔定理”发展的集成电路技术受到了极大的挑PMOSFET器件进

4、行了总剂量辐照实验，重点研战，成为制约集成电路发展的瓶颈问题．而应变Si究v射线辐照效应对其电学特性的影响．器件结构材料具有载流子迁移率高，带隙可调，与传统的Si如图1所示，其中，栅氧化层厚度To=12nm，沟工艺兼容等优点，成为延续集成电路按“摩尔定律”道长度L=2m，沟道宽度W=0．5m．图1中，发展的有效途径和研究热点．随着应变技术的快速器件从下往上各层结构分别为：Si衬底上生长的发展，应变集成器件及电路在极端条件尤其是辐照组分渐变SiGe层，Ge的组分为0—0．25，厚度为条件下的应用将会越来越多

5、，因此辐照特性及加固2gm，掺杂浓度Ⅳh=1．5×100cm一0；固定组分技术是其应用研究的一个重点_1J_本文重点开展不弛豫SiGe层，Ge组分为0．25，厚度为300nm，掺同总剂量v射线辐照对双轴应变SiP型金属氧化杂浓度Ⅳh=1．5×1016am一0；应变Si层，厚度为物半导体场效应晶体管(PM0SFET)电学特性影10nm，掺杂浓度h=1×100cm_。．器件中采响的研究建立其电学特性模型，并通过实验进用h<Ⅳb的倒掺杂，以减少沟道离化杂质散射，行验证．为研究双轴应变SiPMOSFET辐照可靠另

6、外虚拟衬底的掺杂浓度较高，耗尽层只延伸到弛性提供理论和实践基础【引．豫SiGe层．图2为PMOSFET的显微照片，该器件教育部博士点基金(批准号：JY0300122503)和中央高等学校基本科研基金(批准号K5051225014，K5051225004)资助的课题十通讯作者．E—mail：18537831656@163．com◎2014中国物理学会ChinesePhysicalSocietyttp：／／wulixb．iphy．ac．cn236102—1；P物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，N

7、o．23(2014)2361028H+Ⅳt+e-aptkgfytoxD~t(3)=Ot0Nit(4)Ot+。(0IptkgfyD)。t。]j．’式中，，y的经验公式[7-91为fy(E)=[0．27／(E+对于(3)式，当时间趋近于无限长时，PMOS—0．084)+1r．FET栅氧化层中由于空穴引起的氧化层释放的质对于(1)式，当时间趋近于无限长时，PMOS—FDET栅H氧化层中由于辐照而产生的空穴浓度会达子浓度会达到平衡，不会一直增大．故有到平衡，不会一直增大．故有=HO'DH一巫‘。+一c{；_．b1

8、塑cot一=0(t--+。。)，(5)=0(t--+。。)，(12)}p=K§{yD；∞+c，(6)}H+=NDHO'DHLx+d，(13)式中C为一解微分方程所得不定常数．式中d为解微分方程所得不定常数．由于栅极电场的作用，空穴在产生后被“扫向”由于栅极电场的作用，空穴在产生后被“扫向”沟道方向，且由于空穴移动速度缓慢，会被氧化层沟道方向，空穴无法达到栅氧化层表面，所以在栅中的空穴陷阱俘获形成氧化层固定电荷，所以在栅氧化层表