偏置条件对soinmos器件总剂量辐照效应的影响

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1、物理学报ActaPhys.Sin.Vol.61,No.22(2012)220702偏置条件对SOINMOS器件总剂量辐照效应的影响*卓青青y刘红侠杨兆年蔡惠民郝跃(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)(2012年4月24日收到;2012年6月14日收到修改稿)60本文研究了0.8mSOINMOS晶体管,经剂量率为50rad(Si)/s的Co射线辐照之后的总剂量效应,分析了器件在不同辐照条件和测量偏置下的辐照响应特性.研究结果表明:器件辐照时的栅偏

2、置电压越高,辐照后栅氧化层中积累的空穴陷阱电荷越多,引起的漏极泄漏电流越大.对于漏偏置为5V的器件,当栅电压大于阈值电压时,前栅ID-VG特性曲线中的漏极电流因碰撞电离而突然增大,体电极的电流曲线呈现倒立的钟形.关键词:总剂量辐照效应,泄漏电流,栅偏置条件,碰撞电离PACS:07.85.Fv,61.80.Ed,24.50.+g段.SOI技术的总剂量辐照效应不仅与生产工艺1引言和器件结构有关,还与辐照过程中器件的偏置状态相关.文献[8]研究了0.18m全耗尽SOINMOS与体硅MOSFET相比,基

3、于SOI(绝缘体上硅)在50keVX射线辐照下,不同沟道长度的SOI器技术的MOSFET器件的抗辐照性能优越,已被广件处于不同偏置状态下的辐照响应.文献[9]报道泛应用于空间、军事等领域.20世纪90年代以来,了不同工艺节点的SOIMOS器件在10keVX射线因为SOI材料质量的大幅度提高和制造成本的降下的抗辐照性能,通过实验研究了体接触和无体接低,SOI技术向消费电子领域迅速发展.文献[1]给触SOI器件的最坏偏置状态.国内外已经发表的大出了SOI材料进步对现代SOI技术发展的深远影量论文中,对

4、SOI器件在总剂量辐照条件下,器件响.SOI技术实现了器件有源区和衬底的全介质隔退化的物理机理有了一定的研究成果.但是,对泄离,消除了传统体硅CMOS的四层p-n-p-n闩锁效漏电流的一些特殊现象(负栅漏电压导致漏电流随应.SOI技术的敏感体积比体硅小得多,具有更好的剂量持续增加)仍然没有完整和成熟的理论解释.抗单粒子及抗瞬时辐照的能力,但是辐照导致的绝对于不同辐照偏置条件对SOI器件性能的影响,有缘埋氧层的陷阱电荷存在,使得SOI技术的总剂量不同的研究结果,看法各不相同,甚至有的结论完效应比体硅

5、器件更加的复杂.全相反.近些年来,国内外大量学者都针对SOI技术的本文主要研究0.8mSOINMOS器件处于不总剂量辐照效应进行了深入研究,主要涉及辐照引同偏置下,辐照前后的栅极泄漏电流.辐照时栅极起的SOI器件性能退化及物理机理[24],提出了很偏置电压越高,栅氧中俘获的空穴陷阱电荷越多,多分离埋氧层中的陷阱电荷和界面态的方法[57],器件泄漏电流增大.开态偏置条件下,测量输出特为研究SOI的辐照效应提供了理论基础和分析手性曲线时,漏极电压不同,SOI器件呈现出不同的行*国家自然科学基金(

6、批准号:61076097,60936005),教育部科技创新工程重大项目培育资金(批准号:708083)和中央高校基本科研业务费专项资金(批准号:200110203110012)资助的课题.†E-mail:zhuoqq.2006@163.com⃝c2012中国物理学会ChinesePhysicalSocietyhttp://wulixb.iphy.ac.cn220702-1物理学报ActaPhys.Sin.Vol.61,No.22(2012)220702为.VD=0:1V时,ID-VG曲线仅在亚阈

7、区出现了度为12.5nm,顶层硅膜厚度为160nm,埋氧层厚度泄漏电流增大的趋势;VD=5V时,栅极扫描电压为375nm.大于阈值后,从源极沿沟道漂移到漏极的电子,在电离辐照实验用西北核技术研究所的60Co漏极附近的强电场作用下,产生碰撞电离.漏极电射线源照射,选取的剂量率为50rad(Si)/s.总剂流急剧增大,同时产生很大的体空穴电流.量测试点为50krad(Si),200krad(Si),300krad(Si),达到设定剂量点对器件进行移位测试.为了确保2辐照实验和测试辐照测试数据的精确性,

8、每次测量在30min之内完成.辐照实验前后器件的电参数测量和提取实验样品为0.8m工艺的SOINMOS器是通过计算机、HP4156A半导体精密参数分析件,所有样品均为陶瓷封装,工作电压为5V.仪、HP3488A程控开关和器件测试架,组成的半导图1分别是SOI器件的版图示意图和SEM剖体参数自动化测量系统完成的.辐照实验过程中器面图,版图采用带两个p+体引出端的H型栅件的电极偏置和辐照实验前后器件测试的设置如结构(可以有效的抑制边缘晶体管效应),宽长表1所示,其中VG,VS,VD,