MFIS型鐵電場效應(yīng)晶體管的電離輻射效應(yīng).pdf

1、鐵電場效應(yīng)晶體管(FeFET)由于具有非揮發(fā)性、高存取速度、低功耗、強抗輻射能力等優(yōu)點，在軍工和國防工業(yè)有著廣闊的應(yīng)用前景。這其中金屬(Metal)-鐵電薄膜(Ferroelectric thin film)-絕緣層(Insulator)-半導(dǎo)體硅層(Semiconductor Silicon)結(jié)構(gòu)的場效應(yīng)晶體管(MFIS-FET)更具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)勢，符合了微電子器件發(fā)展的小型化集成化要求，代表了下一代高性能存儲器的發(fā)展方向。

2、雖然有研究證明無鉛鐵電薄膜具有較強的抗電離輻射能力，但是FeFET的抗電離輻射性能還不清楚，這嚴重制約了其在空間環(huán)境下的應(yīng)用。本文以MFIS-FET為研究主體，首先研究了電離輻射對鐵電薄膜漏電流的影響；然后引入電離輻射誘導(dǎo)的鐵電層陷阱電荷，研究了電離輻射對MFIS-FET電學(xué)性能的影響；最后考慮界面層的影響，由于界面層的實際存在，加之電離輻射對界面層影響很大，所以接下來研究了電離輻射對存在界面層的金屬(Metal)-鐵電薄膜(Ferro

3、electric thin film)-絕緣層(Insulator)-氧化層(Oxide)-半導(dǎo)體硅層(Semiconductor Silicon)結(jié)構(gòu)的場效應(yīng)晶體管(MFIOS-FET)電學(xué)性能的影響。主要工作和取得的結(jié)果如下：
　　(1)基于空間電荷限制電流(SCLC)模型和Gross的電離輻射遷移率模型，推導(dǎo)出電離輻射效應(yīng)對鐵電薄膜漏電流特性影響的模型。在這個模型中，同時引入電離輻射對鐵電層介電常數(shù)的影響，分別從電離總劑量和

4、電離劑量率兩方面模擬了BST鐵電薄膜的漏電流。結(jié)果表明鐵電薄膜可以抗一定劑量的電離總劑量輻射，此結(jié)果與實驗結(jié)果相符，表明我們的模型可以為鐵電薄膜在電離輻射下的研究提供理論支持。
　　(2)采用半導(dǎo)體器件輻射理論，推導(dǎo)出了鐵電層電離輻射的陷阱電荷，結(jié)合電離輻射下的遷移率模型和描述鐵電極化的Lue模型，建立了電離輻射下的MFIS-FET模型，通過對不同電離總劑量下C-V特性、漏電流特性、鐵電層極化特性的模擬，得出鐵電層對FeFET的性

5、能起到至關(guān)重要的影響：當(dāng)鐵電層受電離輻射發(fā)生失效時，就代表FeFET失效了，因此在器件材料的選擇中，要不斷的尋找性能優(yōu)異、抗輻射能力強的鐵電材料來作為FeFET的鐵電層。
　　(3)考慮電離輻射對界面層的影響并結(jié)合第三章MFIS-FET電離輻射模型，建立了電離輻射下的MFIOS-FET模型，分別從電離總劑量和界面層兩方面模擬了MFIOS-FET的C-V特性、漏電流特性和鐵電層極化特性，結(jié)果表明：電離輻射效應(yīng)會使晶體管的電容值增加，