【摘要】：隨著集成電路工藝的發(fā)展,傳統(tǒng)平面CMOS器件隨著尺寸的縮小,短溝道效應(yīng)、源漏電荷共享和亞閾值特性衰退等等對(duì)器件的電學(xué)特性影響越來越嚴(yán)重。當(dāng)器件尺寸縮減到20nm以下,SOI FinFET器件結(jié)構(gòu)成為未來替代傳統(tǒng)平面器件的最佳選擇。與傳統(tǒng)工藝相比,SOI FinFET具有低功耗、集成度高、柵控能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),SOI襯底更是有效減小了器件的敏感體積,在抗輻照加固方面具有更好的研究前景。本文的主要研究成果如下:首先,本文使用Sentaurus TCAD工具對(duì)28nm SOI FinFET器件進(jìn)行三維建模,仿真其在單粒子輻照作用下的電學(xué)特性變化趨勢(shì)。分別研究漏電壓,重離子入射深度,LET值,重離子入射位置以及重離子入射方向?qū)OI FinFET器件單粒子瞬態(tài)的影響。并通過對(duì)碰撞電離率、SRH復(fù)合率、雙極放大增益以及溝道電勢(shì)的變化解釋造成單粒子瞬態(tài)的機(jī)理。仿真結(jié)果表明,單粒子輻射導(dǎo)致大量的電子-空穴對(duì)注入并積累,造成溝道電勢(shì)升高,使寄生雙極晶體管導(dǎo)通;但是當(dāng)注入載流子濃度過大時(shí),會(huì)造成溝道-漏P-N結(jié)電場(chǎng)塌陷,源漏區(qū)發(fā)生穿通,導(dǎo)致寄生雙極晶體管工作在飽和區(qū),雙極放大增益消失,碰撞電離減小。因此,漏端瞬態(tài)電流和收集電荷才會(huì)隨著漏區(qū)偏壓增大、重離子入射深度增加、LET值增大而不斷增大。并且通過仿真發(fā)現(xiàn),SOI FinFET對(duì)單粒子輻照的敏感區(qū)域?yàn)闇系?漏P-N結(jié)處,隨著入射位置靠近溝道-漏P-N結(jié)漏端瞬態(tài)電流和收集電荷明顯增大。最后,還發(fā)現(xiàn)重離子垂直器件入射比水平入射對(duì)器件電學(xué)特性影響更大。其次,通過改變SOI FinFET器件尺寸參數(shù),研究尺寸的縮小對(duì)單粒子輻照敏感程度的變化趨勢(shì),并提出抗單粒子的加固方法。研究結(jié)果為:隨著Fin寬度和高度的縮小,由于輻照敏感區(qū)域的減小以及積累電荷量的減小,同時(shí)柵對(duì)溝道的控制能力加強(qiáng),導(dǎo)致漏端瞬態(tài)電流和收集電荷都會(huì)減小;相反,隨著柵長的縮小,SOI FinFET器件對(duì)單粒子效應(yīng)會(huì)變得更加敏感,漏端瞬態(tài)電流和收集電荷都會(huì)增大。SOI FinFET器件對(duì)單粒子輻照的敏感程度依賴于柵對(duì)于溝道的控制能力和溝道-漏P-N結(jié)的截面積。因此減小Fin寬、Fin高,增大柵長可以有效改善SOI FinFET器件的抗單粒子輻照能力。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN432
【圖文】：

件尺寸不斷縮小的需求以適應(yīng)集成電電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。當(dāng)器件尺，限制器件進(jìn)一步縮短尺寸最主要的因素是短溝道效應(yīng)，同時(shí)在研注的漏端電流也受短溝道效應(yīng)導(dǎo)致的閾值電壓降低的影響最大。短控制的理想靜電行為發(fā)生改變，閾值電壓隨著漏端電壓增大而降低，漏致勢(shì)壘降低、源漏區(qū)電荷分享和穿通效應(yīng)是導(dǎo)致閾值電壓降低勢(shì)壘降低是指漏極電壓增大，溝道表面電勢(shì)升高；源漏區(qū)電荷分-溝道 PN 結(jié)空間電荷區(qū)進(jìn)入柵下；穿通效應(yīng)源-溝道和漏-溝道 PN道中重合[8]。一般小尺寸平面 MOSFET 器件減小短溝道效應(yīng)的方雜濃度和減小柵氧化層厚度這兩種，但是大的溝道摻雜濃度導(dǎo)致件在較低的柵壓下不能開啟，而薄的柵氧化層不僅增大柵泄露電流電容。，從半導(dǎo)體工藝的角度考慮，大的溝道摻雜濃度實(shí)現(xiàn)起來有很大困日益縮小尺寸的器件性能影響越來越不容忽視。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，近器件尺寸縮小地越來越慢，如圖 1.1 所示。

3.6eV 3.6eVdx dx dx 電子-空穴對(duì)需要的能量。通過對(duì)(1-8)式在進(jìn)行單粒子仿真時(shí)，可以在 Sentaurus 工兩個(gè)單位之間的關(guān)系式如下：- 1 24 -19 3 61 10 C 3.6eV/pair= 10 =98.608M1.6 10 /pair ρ×10 10 生的電子-空穴有復(fù)合、漂移和擴(kuò)散三種運(yùn)-N 結(jié)附近，這些載流子會(huì)被 P-N 結(jié)的空間極運(yùn)動(dòng)并被收集。過剩載流子的壽命遠(yuǎn)大于可忽略不計(jì)。

相互作淀積能量，在運(yùn)動(dòng)徑跡周圍高于其他區(qū)域，因此瞬間會(huì)存在濃 結(jié)比較遠(yuǎn)的載流子就是通過擴(kuò)散作）運(yùn)動(dòng)被收集的。由于擴(kuò)散過程比現(xiàn)在瞬態(tài)脈沖電流的尾部，在漂移集。決定載流子擴(kuò)散的因素是擴(kuò)散成的晶體管越來越多，以及立體電效應(yīng)被更多的發(fā)現(xiàn)和研究。分流收于粒子在入射軌跡周圍產(chǎn)生大量電 時(shí)，空穴會(huì)從 2 流向 V1 即從 P 區(qū)流N 結(jié)構(gòu)的電荷，這就是分流收集機(jī)制

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本文編號(hào)：2791467