MOS器件与石墨烯材料辐照效应的多尺度模拟研究

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1、Ｉ博士学位论文＿ＨＭＯＳ器件与石墨烯材料辐照效应的多尺度模拟研宄ｇ作者姓名赵东东｜指导教师姓名、职称刘红侠教授申请学位类别工学博士学校代码10701学号1211110291分类号TN40密级公开西安电子科技大学博士学位论文MOS器件与石墨烯材料辐照效应的多尺度模拟研究作者姓名：赵东东一级学科：电子科学与技术二级学科：微电子学与固体电子学学位类别：工学博士指导教师姓名、职称：刘红侠教授学院：微电子学院提交日期：2016年9月MultiscaleSimulationso

2、fIrradiationEffectsonMOSDevicesandGrapheneAdissertationsubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofDoctorofPhilosophyinMicroelectronicsandSolidStateElectronicsByZhaoDongdongSupervisor:LiuHongxiaProfessorSeptember2016西安电子科技大

3、学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师。指导下进行的研究工作及取得的研究成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列内容以外；也＠，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果不包含一为获得西ｉ电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢韋。一。学位论文若有不实之处，本人承担切法律责任＂’４本人签名：也４先日期：Ｊ＇．

4、西安电子科技大学关于论文使用授权的说明］本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，，允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，结合学位论文研究成果完成的论文、发明专利等成果，署名单位为西安电子科技大学。＿保密的学位论文在年解密后适用本授权书。、：本人签名：＆ｉｔ导师签名２丨．．曰期〗曰期十

5、农＂）：＞十沴摘要摘要随着半导体技术不断发展，很多新型器件不断涌现，当器件处于复杂的辐射环境中，如军事装备面临的核爆环境以及空间探测面临的太阳射线、宇宙射线等，其可靠性就成为决定电子设备能否长期使用的关键因素。目前，数值模拟方法有很多种，通常根据不同时间和空间尺度下的物理过程采用相适应的模拟方法。全面理解辐照损伤产生的物理机理是研究器件中辐照效应的基础，而这需要辐照损伤产生过程的全物理图像，而目前，这样的物理图像还远未建立。本文通过数值模拟手段对器件和材料中的辐照损伤机理进行了研究，主要的研究内容如下

6、：1.中子在SOI器件和质子在纳米级MOS器件中产生的辐照效应研究。模拟方法是先用GEANT4程序模拟了入射粒子的输运过程，然后用SRIM程序模拟了次级粒子的输运过程。由于入射粒子与物质反应的截面极小，所以应用截面偏倚技术，提高了模拟效率。首先，分析了中子在SOI器件中的辐照损伤特性，结果表明：在栅氧层和埋氧层中由中子直接产生的缺陷近似均匀分布，和次级粒子产生的缺陷相比，这些缺陷可以忽略。次级粒子中初级离位原子（PrimaryKnock-onAtom,PKA）以及嬗变反应产物中的反冲核对缺陷的产生有重要贡献，

7、通过计算这些粒子在输运过程中的能量沉积，分析了缺陷形成的原因。其次，研究了银河宇宙射线中的质子在纳米级MOS器件中的辐照损伤特性，结果表明：在栅氧层中由质子直接产生的缺陷近似均匀分布，次级粒子在缺陷产生的过程中起到更为重要的作用，通过对次级粒子能量沉积的计算，得到空位随深度的分布，即空位数量随深度的增加而缓慢增加。最后对PKA激起的级联碰撞过程进行了初探。2.应用分子动力学方法研究PKA激起级联碰撞过程。在建立好模拟体系的基础上，分析了能量最小化、弛豫过程、时间步长的选择以及缺陷识别方法等关键因素对模拟的重要

8、性及其影响。开展了几种辐照条件因素对级联碰撞过程的影响，具体的因素包括：辐照温度，PKA能量，PKA入射角度以及入射粒子类型。研究结果表明：辐照温度和PKA入射角度对级联碰撞过程的影响不明显，其中辐照温度会影响缺陷数目的峰值。而PKA能量和不同类型的粒子对级联碰撞过程的影响较为明显，总体看来，辐照损伤程度随着PKA能量的增加、粒子质量的增加而越来越严重。同样可以模拟次级粒子的输运过程，SRIM程序和