总剂量辐照下沟道长度对部分耗尽绝缘体上硅p型场效应晶体管电特性的影响

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．1(2014)016102总剂量辐照下沟道长度对部分耗尽绝缘体上硅p型场效应晶体管电特性的影响术刘红侠十王志卓青青王倩琼(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)(2013年7月14日收到；2013年9月29日收到修改稿)本文通过实验研究了0．8pmPD(PartiallyDepleted)SOI(Silicon—On-Insulator)P型Metal-oxide—semiconductor．fi

2、eld—efect—Transistor(MOSFET)经过剂量率为50rad(Si)／s的。co射线辐照后的总剂量效应，分析了沟道长度对器件辐照效应的影响．研究结果表明：辐照总剂量相同时，短沟道器件的阈值电压负向漂移量比长沟道器件大，最大跨导退化的更加明显．通过亚阈值分离技术分析得到，氧化物陷阱电荷是引起阈值电压漂移的主要因素．与长沟道器件相比，短沟道器件辐照感生的界面陷阱电荷更多．关键词：总剂量辐照，阈值电压漂移，跨导退化，界面陷阱电荷PACS：61．80．Ed，73．40．Qv，61．80．

3、一xDOI：10．7498／aps．63．016102短沟道效应增加．国内外主要针对n型SOI器件1弓I言进行研究，专门针对P型器件抗辐照特性的论文相对比较少．辐照后P型SOI器件一些特性的退化不基于SOI的MOS器件本身自带良好的介质隔如NMOS器件严重，但随着器件尺寸的减小，SOI离，彻底地消除了体硅MOS器件中的寄生闩锁效PMOS器件受到总剂量辐照的影响越来越严重Is】．应，具有良好的抗辐射特性，这些优点使得SOI技本文以PDSOIPMOS器件为研究对象，测试术广泛地应用于空间、军事等领域．

4、然而辐射在埋得到了不同沟道长度的器件辐照前后的特性曲线，氧层中产生氧化层陷阱，使得SOI器件的总剂量辐研究了辐照对S0IPMOSFET的影响．研究结果射效应比体硅器件的更复杂．近年来，国内外学者表明：辐照后沟道长度为0．8um器件的阈值电压对SOI器件的总剂量辐照进行了深入地研究[1-4】，漂移量与8m器件的相差不大，但跨导却比8m主要涉及总剂量辐照引起的S0I器件性能退化与器件退化的更严重．物理机理．迄今为止，对短沟道的辐照效应退化机理还没有统一的认识．随着器件尺寸减小，沟2辐照实验和测试道长度

5、减小给SOI器件带来了一系列的短沟道效应．文献认为器件沟道长度的变化主要影响辐实验样品为0．8m工艺的部分耗尽SOIP—照感生界面态的形成，会导致短沟道器件辐照后产MOS器件，所有样品均为陶瓷封装，工作电压为5生更多的界面态．文献『61认为辐照后，短沟道器V．图1是实验器件的版图示意图．从器件的版图可件辐照感生的氧化层陷阱电荷增加，界面态保持不以看出，实验器件采用带两个N+体引出端的H形变．Huang等【7]提出的电荷分享模型认为当器件栅结构，该结构可以有效地抑制边缘晶体管效应．的沟长比源漏耗尽区

6、的宽度大很多时，阈值电压的实验样品的栅氧厚度为12．5nm．样品宽长比／变化同长度没有关系．当沟道长度很小时，器件的分别为8m／8m和8m／0．8p．m．SOI器件的埋国家自然科学基金(批准号：61076097，11235008)和中央高校基本科研业务费专项资金(批准号201102031100121资助的课题十通讯作者．E—mail：hxliu~mail．xidian．edu．ca◎2014中国物理学会ChinesePhysicalSociety耽tp：／／wuli~b．hy．ac．c礼01610

7、2．1物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．1(2014)016102图3为沟道长度为8pm和0．8mSOIPM0S长沟MOS器件中也存在，在长沟中其影响可忽略器件在开态辐照偏置下前栅跨导曲线．该曲线中的不计．跨导值是由图2中的d／Ds／dVGS求导得到的，栅源短沟道效应是由于沟道长度的减小导致出现s是该曲线的横坐标．从图中可以看出，随着辐了电荷共享，即栅下耗尽区电荷不再完全受栅控05000O玷O∞00∞00蚰0照剂量的增加，最大跨导降低，沟道长度为0．8pm制，其中有一部分受源、

8、漏控制．随着沟道长度的器件辐照后跨导退化量比8m器件大很多．且还减小，受栅控制的耗尽区电荷减少，更多的栅压可以看出，跨导达到最大值之后，随着栅源电压的用来形成反型层，使得达到阈值的栅压不断降低．增加，出现了辐照剂量越大，跨导越大的现象．图5为SOIPMOS器件在总剂量辐照下的电荷分享模型，图中，，，b分别是源极、栅极、漏极、衬底电压，受栅控制的耗尽区电荷可以用一个4讨论梯形ABCD的面积表示．对长沟道器件，梯形的上4．1沟道长度对阈值电压的影响下边近似相等，对短沟道器件，梯形的下边