硅离子注入加固soi材料抗总剂量辐射性能的研究.doc

硅离子注入加固SOI材料抗总剂量辐射性能的研究


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目录
摘 要 IV
ABSTRACT V
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 SOI材料简介 1
1.2.1 SOI材料的结构 1
1.2.2 SOI材料的优势/应用 2
1.2.3 SOI材料的制备 3
1.3 SOI器件的总剂量效应和加固 5
1.3.1 总剂量辐照效应[16] 5
1.3.2 SOI器件的总剂量辐照效应 5
1.3.3 SOI器件的总剂量辐照加固 5
1.4 研究背景和本论文的主要研究内容 8
第二章 SOI材料的注硅改性和结构表征 9
2.1 引言 9
2.2 SOI材料的抗总剂量加固改性 10
2.2.1 SOI材料的抗总剂量加固方案 10
2.2.2 SOI材料的离子注入改性参数分析 10
2.2.3 SOI材料的硅离子注入改性 11
2.3 改性SOI材料的结构表征 12
2.3.1 高分辨透射电子显微镜（TEM）分析 12
2.3.2 光致发光谱（PL）分析 13
2.3.3 X射线光电子能谱（XPS）分析 14
2.4 本章小结 17
第三章 改性SOI材料的总剂量辐照性能表征 18
3.1 引言 18
3.2 总剂量辐照试验 18
3.2.1 Pseudo-MOSFET方法 18
3.2.2 赝MOS样品制备 21
3.2.3 赝MOS样品的总剂量辐照测试 22
3.3 分析与讨论 27
3.4 本章小结 29
第四章 结论 30
参考文献 31



摘 要
众所周知，作为集成电路流片的晶圆材料，绝缘体上硅（SOI）相比于体硅材料具有漏电流小、器件速度快、低功耗以及消除了闩锁效应等优势。SOI的介质隔离结构使得器件收集电离电荷的敏感区域和p-n结区体积变小，这使得SOI器件在抗单粒子辐照方面具有与生俱来的优势，从而应用于航天电子。然而同样由于SOI的埋氧结构，使得SOI器件在总剂量辐照下的性能恶化，进而限制其在航天军事等方面的应用。
本论文我们通过硅离子注入对超薄顶层硅SIMOX材料进行了抗总剂量加固的初步研究。我们选择的超薄SIMOX样品的顶层硅厚度为50nm和80nm两种规格，属于全耗尽SOI材料。我们已经知道全耗尽SOI材料由于更小的敏感体积以及很小的寄生双极管增益，使得其单粒子翻转和剂量率效应都要优于部分耗尽SOI器件。但全耗尽器件存在正栅背栅的耦合效应，使得其总剂量效应更为复杂和恶劣。
我们通过离子注入和退火工艺对超薄顶层硅SOI材料进行了总剂量加固，并且对改性加固的样品采用XPS，HRTEM，PL谱进行了结构表征分析，结果显示改性工艺在埋氧层中引入了硅纳米团簇。进而我们通过赝MOS技术在60Coγ射线辐照下对改性加固的材料进行了总剂量辐照性能的测试。结果证实硅离子注入的改性工艺能有效提高FDSOI材料抗总剂量辐照能力，尤其是随着注入剂量的增加，加固效果越加明显。我们推测之前发现的纳米团簇极有可能是深电子陷阱，俘获电子，中和辐照引入的正固定电荷，减少了阈值电压的负漂。
最后我们发现该改性工艺在对材料加固的同时也引发了其他问题，比如离子注入工艺会引入初始电荷，高能量的离子注入会给顶层硅带来极大的损伤，这是下一步需要研究解决的问题。


关键词：FDSOI；硅离子注入；总剂量辐照效应；Pseudo-MOSFET