部分耗尽soi材料的抗总剂量辐照加固和表征.doc
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部分耗尽soi材料的抗总剂量辐照加固和表征,部分耗尽soi材料的抗总剂量辐照加固和表征1.5万字37页 原创作品，已通过查重系统 目 录摘 要iiiabstractiv第一章 绪论11.1 引言11.2 soi材料简介11.2.1 soi材料的结构11.2.2 soi材料的优势/应用21.2.3 soi的制备工艺31.3 soi器件的总剂量效应和加固71.3.1...
内容介绍
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部分耗尽SOI材料的抗总剂量辐照加固和表征
1.5万字 37页 原创作品，已通过查重系统
目 录
摘 要 III
ABSTRACT IV
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的制备工艺 3
1.3 SOI器件的总剂量效应和加固 7
1.3.1 总剂量辐照效应 7
1.3.2 SOI器件的总剂量辐照效应机理 8
1.3.3 PDSOI器件的总剂量加固 12
1.4 研究背景和本论文的主要研究内容 12
第二章 PDSOI材料的加固和辐照性能表征 14
2.1 引言 14
2.2 X-射线总剂量辐照实验 15
2.2.1 PDSOI材料的改性加固 15
2.2.2 SOI/NMOSFET器件结构选择 15
2.2.3 X-射线总剂量辐照实验 17
2.3实验结果和分析 18
2.3.1 环栅结构的背栅特性 18
2.3.2 H栅结构的背栅特性 21
2.3.3环栅结构的正栅特性 24
2.3.4 H栅结构的正栅特性 27
2.4本章小结 28
第三章 结论 29
参考文献 30
摘 要
SOI（绝缘体上的硅）器件相比于传统体硅器件具有抗瞬时辐照、抗单粒子、无闩锁效应、无短沟道效应、高速度、简化流片工艺等优点。SIMOX（注氧隔离）是目前主流的SOI制备工艺之一，通过离子注入设备向体硅中注入氧再进行退火形成SiO2绝缘埋层。
然而，SOI材料的埋氧层限制了SOI器件/电路在总剂量辐照环境下的应用。CMOS/SOI器件/电路由于寄生背沟道的开启对总剂量辐照非常敏感。总剂量辐照感生电荷部分在埋层中积累形成正固定电荷，在NMOSFET中形成寄生背沟道电流泄漏通道。
本论文的工作，通过向埋氧层中注入硅离子对SOI材料进行总剂量辐照加固。我们在加固样品和未加固的标准SIMOX晶圆上通过CMOS工艺流片制备了两种版图结构的NMOS晶体管，一种是环栅结构，一种是H栅结构。接着我们用10 keV的X射线模拟总剂量辐照源对这两种版图结构的部分耗尽NMOS晶体管进行了总剂量辐照实验。为了评估加固技术的有效性，我们对加固和未加固的样品的总剂量辐照性能进行了比较。测试结果证实，硅离子注入的加固方式能有效提高器件的总剂量辐照性能，抑制了晶体管寄生背沟道的阈值电压的负漂导致其开启从而使得器件失效。通过对测试数据的分析讨论，背沟道阈值电压漂移是由硅/二氧化硅界面的界面态和埋氧层中的氧化物固定正电荷共同决定的，其中固定氧化物正电荷起主要作用。硅离子注入在埋氧层中引入了深能级电子陷阱，俘获电子从而补偿正固定电荷。
此外我们还研究了部分耗尽NMOS晶体管在总剂量辐照下的最恶劣偏置。实验设置了ON、OFF、PG三种偏置，结果表明，不论哪种版图结构，对于寄生背栅晶体管，PG偏置均为最恶劣的辐照偏置；对于正栅晶体管，ON为最恶劣偏置，这与文献报道一致。
关键词：部分耗尽SOI，埋氧层，总剂量辐照效应
1.5万字 37页 原创作品，已通过查重系统
目 录
摘 要 III
ABSTRACT IV
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的制备工艺 3
1.3 SOI器件的总剂量效应和加固 7
1.3.1 总剂量辐照效应 7
1.3.2 SOI器件的总剂量辐照效应机理 8
1.3.3 PDSOI器件的总剂量加固 12
1.4 研究背景和本论文的主要研究内容 12
第二章 PDSOI材料的加固和辐照性能表征 14
2.1 引言 14
2.2 X-射线总剂量辐照实验 15
2.2.1 PDSOI材料的改性加固 15
2.2.2 SOI/NMOSFET器件结构选择 15
2.2.3 X-射线总剂量辐照实验 17
2.3实验结果和分析 18
2.3.1 环栅结构的背栅特性 18
2.3.2 H栅结构的背栅特性 21
2.3.3环栅结构的正栅特性 24
2.3.4 H栅结构的正栅特性 27
2.4本章小结 28
第三章 结论 29
参考文献 30
摘 要
SOI（绝缘体上的硅）器件相比于传统体硅器件具有抗瞬时辐照、抗单粒子、无闩锁效应、无短沟道效应、高速度、简化流片工艺等优点。SIMOX（注氧隔离）是目前主流的SOI制备工艺之一，通过离子注入设备向体硅中注入氧再进行退火形成SiO2绝缘埋层。
然而，SOI材料的埋氧层限制了SOI器件/电路在总剂量辐照环境下的应用。CMOS/SOI器件/电路由于寄生背沟道的开启对总剂量辐照非常敏感。总剂量辐照感生电荷部分在埋层中积累形成正固定电荷，在NMOSFET中形成寄生背沟道电流泄漏通道。
本论文的工作，通过向埋氧层中注入硅离子对SOI材料进行总剂量辐照加固。我们在加固样品和未加固的标准SIMOX晶圆上通过CMOS工艺流片制备了两种版图结构的NMOS晶体管，一种是环栅结构，一种是H栅结构。接着我们用10 keV的X射线模拟总剂量辐照源对这两种版图结构的部分耗尽NMOS晶体管进行了总剂量辐照实验。为了评估加固技术的有效性，我们对加固和未加固的样品的总剂量辐照性能进行了比较。测试结果证实，硅离子注入的加固方式能有效提高器件的总剂量辐照性能，抑制了晶体管寄生背沟道的阈值电压的负漂导致其开启从而使得器件失效。通过对测试数据的分析讨论，背沟道阈值电压漂移是由硅/二氧化硅界面的界面态和埋氧层中的氧化物固定正电荷共同决定的，其中固定氧化物正电荷起主要作用。硅离子注入在埋氧层中引入了深能级电子陷阱，俘获电子从而补偿正固定电荷。
此外我们还研究了部分耗尽NMOS晶体管在总剂量辐照下的最恶劣偏置。实验设置了ON、OFF、PG三种偏置，结果表明，不论哪种版图结构，对于寄生背栅晶体管，PG偏置均为最恶劣的辐照偏置；对于正栅晶体管，ON为最恶劣偏置，这与文献报道一致。
关键词：部分耗尽SOI，埋氧层，总剂量辐照效应
