NMOS晶體管總劑量輻照效應(yīng)的電流模型研究.pdf

1、隨著航空航天技術(shù)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的由CMOS器件和CMOS集成電路構(gòu)成的電子設(shè)備運(yùn)用于航天技術(shù)當(dāng)中，但在空間環(huán)境當(dāng)中，存在著大量的空間粒子和射線，會(huì)增加電子設(shè)備失效的風(fēng)險(xiǎn)。為提高電子設(shè)備的使用壽命和可靠性能，對(duì)抗輻照技術(shù)進(jìn)行更加深入的研究變得異常的重要。
　　本文以NMOS晶體管在電離輻照總劑量效應(yīng)（Total Ionizing Dose, TID）下的輻照缺陷和電流模型為研究課題，具體研究了輻照缺陷（固定電荷和界面態(tài)陷阱）和

2、電流模型的建立方法，并對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證與分析。
　　本文基于總劑量輻照理論，分析了總劑量輻照效應(yīng)對(duì)NMOS晶體管電學(xué)特性的影響。根據(jù)電路的實(shí)際應(yīng)用情況，對(duì)柵極零偏置電壓條件下晶體管的輻照性能模型進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)出了零偏置條件下的輻照實(shí)驗(yàn)方案。
　　實(shí)驗(yàn)分別采用環(huán)形柵和普通柵結(jié)構(gòu)以及不同柵寬的NMOS管進(jìn)行總劑量輻照。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的深入分析，得出總劑量、柵極結(jié)構(gòu)、寬長(zhǎng)比對(duì)晶體管的亞閾值特性和輸出特性曲線的影響。并采用 McWh

3、orter-Winokur的方法對(duì)輻照產(chǎn)生的缺陷進(jìn)行了提取，而此方法提取不同寬度的NMOS晶體管的輻照缺陷時(shí)，其結(jié)果與寬度存在相關(guān)性，通過(guò)對(duì)提取原理的分析，本文提出了選取基本寬度作為提取的標(biāo)準(zhǔn)以方便輻照電流模型的建立。
　　本文首先采用了總劑量輻照效應(yīng)下，MIS(Mental-Insulator-Semiconductor)結(jié)構(gòu)的輻照缺陷的建模方法，并對(duì)模型中電勢(shì)的邊界條件進(jìn)行了詳細(xì)的討論，即使柵極處在零偏置條件下，由于不同材料之

4、間存在功函數(shù)差，仍然會(huì)在氧化層中產(chǎn)生附加電場(chǎng)，并影響到整個(gè)輻照缺陷的形成，并在模型中加以考慮。然后通過(guò)MATLAB程序?qū)δＰ瓦M(jìn)行數(shù)值求解，并討論了不同柵極偏壓，總劑量，氧化層厚度對(duì)固定電荷面密度和界面態(tài)密度以及閾值電壓的影響。另外，實(shí)驗(yàn)所采用的LOCOS（Local Oxidation of Silicon）工藝普通柵NMOS管，輻照后主要關(guān)態(tài)泄漏電流存在于鳥(niǎo)嘴區(qū)，而此處氧化層的厚度在不斷變化，將給輻照電流的計(jì)算帶來(lái)一定的復(fù)雜度?；诖?/p>