Spice兼容的MOSFET電離輻照模型研究.pdf

1、半導(dǎo)體擁有其他材料無法替代的優(yōu)越性，但是能對其性能產(chǎn)生影響的因素也不同于影響其它材料的普通因素，例如空間環(huán)境中的各種射線（x射線、γ射線等）。輻照會在半導(dǎo)體材料中引入額外電荷，這些額外電荷會對半導(dǎo)體材料器件的性能產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)影響，因此對器件輻照性能的研究就變得勢在必行。
　　本文主要研究對象是NMOS晶體管的總劑量輻照效應(yīng)，對NMOS隔離場氧化層中引入的額外電荷和由此造成的泄漏電流進行了準確建模。并且實現(xiàn)了與現(xiàn)有電路仿真工藝相兼容

2、，能夠在電路仿真環(huán)境下引入NMOS的輻照效應(yīng)。首先，對氧化層中電子空穴對產(chǎn)生及輸運的理論過程進行了深入分析，并研究了輻照環(huán)境下器件的性能退化例如閾值電壓、輸出電流、跨導(dǎo)等，在此基礎(chǔ)上提出輻照在氧化層中引入額外電荷的具體計算公式，以此作為對輻照損傷效應(yīng)建模的基礎(chǔ)。輻照對器件性能的影響主要是由于在氧化層中引入了額外電荷，一個單獨的MOS器件中存在柵氧化層和隔離場氧化層。隨著制造工藝的發(fā)展器件尺寸越來越小，柵極氧化層越來越薄，而隔離場氧化層厚

3、度由于各方面原因卻不能相應(yīng)的減小，因此輻照損傷效應(yīng)主要集中在隔離場氧化層中，隔離場氧化層可以被看作寄生的MIS晶體管。結(jié)合前輩對輻照建模效應(yīng)的研究，我們總結(jié)并提出關(guān)于氧化層陷阱電荷以及界面陷阱電荷的新的簡單計算公式，將晶體管柵極電壓看作寄生晶體管的柵極電壓。分析隔離區(qū)氧化層厚度的變化特點得到,不同地點寄生晶體管中積累的額外電荷不同造成閾值電壓的漂移也不相同，利用輻照之后寄生晶體管閾值電壓與柵極電壓之間的關(guān)系對隔離場氧化層進行區(qū)間劃分。各

4、個區(qū)間只存在一種漏電流（亞閾區(qū)電流/線性區(qū)電流/飽和區(qū)電流），對各個區(qū)間電流進行積分計算得到場區(qū)泄漏電流。新建模型能夠更簡單和準確的地對器件在輻照環(huán)境下產(chǎn)生的漏電流進行計算，對此我們進行了實驗數(shù)據(jù)驗證以及第三方數(shù)據(jù)的提取驗證。使用Cadence電路仿真軟件對新模型進行編程，實現(xiàn)電路基礎(chǔ)上NMOS器件寄生區(qū)漏電流的仿真計算。最后我們搭建基于NMOS的SDRAM存儲器，對比輻照前后的電壓波形圖，可以發(fā)現(xiàn)輻照之后的器件由于其存儲電荷的提前泄放