基于SOI工艺MOS器件的辐照效应研究（学位论文-工学）.docx

代 号分类号10701TN4学号密级1017422039公开题 (中、英文 ) 目 基于 SOI 工艺 MOS 器件的辐照效应研究Study on Radiation Effects of MOSEFETsBased on SOI Process作 者 姓 名 商怀超 指 导 教 师 姓 名 、 职 务 刘红侠 教授学 科 门 类 工学 学科、专业 微电子学与固体电子学提交论文日期 二○一三年一月西安电子科技大学学位论文创新性声明秉 承 学 校 严 谨 的 学 风 和 优 良 的 科 学 道 德 ， 本 人 声 明 所 呈 交 的 论 文 是 我 个 人 在导 师 指 导 下 进 行 的 研 究 工 作 及 取 得 的 研 究成果 尽 我 所 知 ， 除 了 文 中 特 别 加 以 标注 和 致 谢 中 所 罗 列 的 内 容 以 外 ， 论 文 中 不包含 其 他 人 已 经 发 表 或 撰 写 过 的 研 究 成果 ； 也 不 包 含 为 获 得 西 安 电 子 科 技 大 学 或其它 教 育 机 构 的 学 位 或 证 书 而 使 用 过 的材 料 与 我 一 同 工 作 的 同 志 对 本 研 究 所 做的任 何 贡 献 均 已 在 论 文 中 做 了 明 确 的 说明 并 表 示 了 谢 意 。

申 请 学 位 论 文 与 资 料 若 有 不 实 之 处 ， 本 人 承 担 一 切 的 法 律 责 任 本 人 签 名 ： 日 期西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本 人 完 全 了 解 西 安 电 子 科 技 大 学 有 关 保 留 和 使 用 学 位 论 文 的 规 定 ， 即 ： 研 究生 在 校 攻 读 学 位 期 间 论 文 工 作 的 知 识 产 权单位 属 西 安 电 子 科 技 大 学 学 校 有 权 保留 送 交 论 文 的 复 印 件 ， 允 许 查 阅 和 借 阅 论文； 学 校 可 以 公 布 论 文 的 全 部 或 部 分 内容 ， 可 以 允 许 采 用 影 印 、 缩 印 或 其 它 复 制手段 保 存 论 文 同 时 本 人 保 证 ， 毕 业 后结 合 学 位 论 文 研 究 课 题 再 攥 写 的 文 章 一 律 署 名 单 位 为 西 安 电 子 科 技 大 学 保 密 的 论 文 在 解 密 后 遵 守 此 规 定 )本 人 签 名 ： 日 期导 师 签 名 ： 日 期摘 要摘 要随 着 空 间 技 术 和 集 成 电 路 技 术 的 不 断 发 展 ， 辐 照 环 境 中 的 集 成 电 路 可 靠 性 越来 越 受 到 重 视 。

SOI 器 件 由 于 采 用 了 全 介 质 隔 离 ， 完 全 消 除 了 体 硅 器 件 的 闩 锁 效 应 ，在 抗 辐 照 方 面 也 有 很 好 的 特 性 本 论 文 主 要 进 行 了 SOI 器 件 的 总 剂 量 辐 照 效 应 实验 研 究 和 单 粒 子 效 应 的 仿 真 分 析 本 文 首 先 研 究 了 SOI 器 件 低 剂 量 率 γ射 线 的 总 剂 量 效 应 ， 分 析 了 剂 量 率 和 偏 置条 件 等 对 器 件 转 移 特 性 曲 线 的 影 响 ， 辐 照 对 SOI 器 件 kink 效 应 的 影 响 以 及 界 面 态对 PMOS 亚 阈 值 斜 率 和 跨 导 的 影 响 实 验 结 果 表 明 ， 相 同 总 剂 量 下 ， 低 剂 量 率 的辐 射 效 应 严 重 ； 在 沟 道 长 度 为 0.8μm 的器件中出现了亚阈值的 kink 现 象 ， 这 是 由于 背 栅 晶 体 管 的 开 启 引 起 的 ； 关 态 偏 置 的阈值 电 压 漂 移 大 于 开 态 偏 置 ， 并 且 这 种差 别 随 着 沟 道 长 度 的 减 小 而 逐 渐 加 大 。

在 输 出 特 性 中 ， 辐 照 引 起 了 NMOS 器件发生 kink 效 应 时 的 漏 极 电 压 升 高 界 面 态 对 PMOS 亚 阈 值 斜 率 和 跨 导 的 影 响 大 小 不同 ， 主 要 是 由 于 偏 置 条 件 的 变 化 引 起 了 界 面 态 状 态 的 变 化 引 起 的 在 单 粒 子 效 应 方 面 ， 建 立 了 SOI 器 件 的 2D 和 3D 模 型 ， 给 出 了 单 粒 子 辐 照 后的 电 势 分 布 ， 验 证 了 漏 斗 模 型 ； 然 后 分 析了不 同 的 因 素 对 收 集 电 流 和 收 集 电 荷 的影 响 ， 包 括 漏 极 电 压 、 LET、 入 射 位 置 和 入 射 角 度 等 ； 最 后 对 比 了 2D 和 3D 模 型的 收 集 电 流 ， 指 出 2D 模 型 的 收 集 电 荷 与 3D 模 型 相 差 较 大 ， 在 条 件 允 许 的 情 况 下 ，应 该 尽 量 采 用 3D 仿 真 关键词：SOI 辐照效应 陷阱电荷 界面态AbstractAbstractWith the development of space technology and integrated circuit, more attentionsare paid on the reliability of integrated circuits in the irradiation environment. As aresult of full dielectric isolation, SOI devices eliminate the latch-up and play a good rolein the anti-irradiation technology. Experimental investigation of total dose radiationeffects and simulation analysis of single event effect about SOI devices were conductedin this paper.Total irradiation dose effect about SOI devices is studied, which are exposed to60Co γ-ray at low dose rate. The transform characteristics of different dose rate and biasconditions are presented. Also the kink effect of SOI devices after radiation is analyzed,as well as the influence of radiation-induced interface traps on the PMOS sub-thresholdslope and transconductance. The result shows that the irradiation effect is more seriousat low dose rate for the same total irradiation dose. Because of the turn-on of back gatetransistor, the sub-threshold kink phenomenon appears in the device of 0.8μm. Thethreshold voltage shift of off-bias is greater than that of on-bias, and the differencevaries gradually inversely as the channel length. In the output characteristic of NMOS,the irradiation increases the drain voltage VD of kink effect. Because the states ofinterface traps vary with gate bias, interface traps have different influences onsub-threshold slope and transconductance of PMOS.As for single event effect, 2D&3D models for SOI device are established。

The funnelmodel is verified by presenting the potential distribution after incidence ofsingle-particle. Also, the impacts of different factors on the collection current andcharge are researched, including drain voltage, LET, the incident position, incidentangle and so on. By comparing the collecting current and change, there are bigdifferences between the 2D model and 3D model. If condition allowed, the 3Dsimulation is strongly recommended.Keywords: SOI, Radiation Effect, Oxide Traps, Interface Traps目 录目 录第 一 章 绪 论 .......................................................................................................... 11.1 引 言 ...................................................................................................... 11.2 SOI 技 术 ............................................................................................... 11.2.1 厚 膜 与 薄 膜 SOI 器 件 ..................................................................... 11.2.2 SOI 技 术 的 优 势 与 存 在 的 问 题 ...................................................... 21.2.3 SOI MOS 器件的寄生效应 ............................................................ 41.3 课 题 的 研 究 背 景 及 本 文 的 主 要 研 究 工 作 .......................................... 6第 二 章 SOI 器 件 辐 射 效 应 研 究 综 述 ...................................................。