基于1-f噪聲的MOSFET抗輻照能力無損表征方法.pdf

1、隨著大量商用高性能半導(dǎo)體器件用于宇航、核能等領(lǐng)域，越來越多的未加固MOSFET需要在核輻射條件下工作，為了在保證使用的可靠性的同時(shí)盡可能的降低成本，人們迫切需要一種可靠，快速，成本低廉的無損傷輻照效應(yīng)預(yù)測(cè)方法來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的輻射退火曬選方法。 本文介紹了MOS器件電離輻照效應(yīng)及1/f噪聲物理機(jī)制，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了噪聲與電離輻照相關(guān)性的試驗(yàn)，獲取了大量輻照前后MOS器件的電參數(shù)及噪聲參數(shù)數(shù)據(jù)，并對(duì)MOS器件抗輻照能力的1/f噪聲表征

2、進(jìn)行了深入研究，取得了以下研究成果： 1、對(duì)不同溝道類型和溝道尺寸的MOSFET進(jìn)行了<'60>Coγ輻照實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)輻照前1/f噪聲與輻照引起閾值電壓漂移、跨導(dǎo)退化及柵泄漏電流增加之間有明顯的相關(guān)性。理論分析表明，電離輻照在MOS器件柵氧化層中激發(fā)的電荷會(huì)被Si/SiO<,2>系統(tǒng)中缺陷所俘獲形成陷阱電荷，這些陷阱電荷的存在導(dǎo)致器件電參數(shù)發(fā)生改變，嚴(yán)重的還引起器件的實(shí)效。由于1/f噪聲反應(yīng)了柵中缺陷數(shù)目的多少，也就是反映了柵氧質(zhì)

3、量的好壞，因此輻照前的1/f噪聲與輻照后器件的電參數(shù)變化體現(xiàn)出相關(guān)性。 2、基于界面陷阱形成的氫離子運(yùn)動(dòng)兩步模型和反應(yīng)過程的熱力學(xué)平衡假設(shè)，推導(dǎo)了MOSFET經(jīng)歷電離輻照后氧化層空穴俘獲與界面陷阱形成間關(guān)系的表達(dá)式。利用初始1/f噪聲功率譜幅值與氧化層空穴俘獲之間的聯(lián)系，建立了輻照前的1/f噪聲幅值與輻照誘生界面陷阱數(shù)量之間的半經(jīng)驗(yàn)公式，并通過實(shí)驗(yàn)予以驗(yàn)證。本文研究結(jié)果表明，由于輻照誘生的氧化層內(nèi)陷阱通過與分子氫作用而直接參與到