搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

γ射线总剂量辐照效应对应变Sip型金属氧化物半导体场效应晶体管阈值电压与跨导的影响研究

胡辉勇 刘翔宇 连永昌 张鹤鸣 宋建军 宣荣喜 舒斌

引用本文:
Citation:

γ射线总剂量辐照效应对应变Sip型金属氧化物半导体场效应晶体管阈值电压与跨导的影响研究

胡辉勇, 刘翔宇, 连永昌, 张鹤鸣, 宋建军, 宣荣喜, 舒斌

Study on the influence of γ -ray total dose radiation effect on the threshold voltage and transconductance of the strained Si p-channel metal-oxide-semiconductor field-effect transistor

Hu Hui-Yong, Liu Xiang-Yu, Lian Yong-Chang, Zhang He-Ming, Song Jian-Jun, Xuan Rong-Xi, Shu Bin
PDF
导出引用
  • 分析了双轴应变Si p型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)在γ射线辐照下载流子的微观输运过程, 揭示了γ射线的作用机理及器件电学特性随辐照总剂量的演化规律, 建立了总剂量辐照条件下的双轴应变Si PMOSFET 阈值电压与跨导等电学特性模型, 并对其进行了模拟仿真. 由仿真结果可知, 阈值电压的绝对值会随着辐照总剂量的积累而增加, 辐照总剂量较低时阈值电压的变化与总剂量基本呈线性关系, 高剂量时趋于饱和; 辐照产生的陷阱电荷增加了沟道区载流子之间的碰撞概率, 导致了沟道载流子迁移率的退化以及跨导的降低. 在此基础上, 进行实验验证, 测试结果表明实验数据与仿真结果基本相符, 为双轴应变Si PMOSFET辐照可靠性的研究和应变集成电路的应用与推广提供了理论依据和实践基础.
    In this work, the carrier microscopic transport process of biaxial strained Si p-channel metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (PMOSFET) under γ -ray radiation has been studied. Effect of γ-ray on devices and the relationship between the variation of device electrical characteristics and the total dose are investigated. A model for considering the degradation of threshold voltage and transconductance due to the total dose radiation is established. Based on this model, numerical simulation has been carried out. Results show that the threshold voltage of PMOSFET decreases with increasing radiation dose. At a lower total dose, the threshold voltage decreases linearly. However, at a higher total dose, it becomes saturated. The degradation can be explained by the generation of trapped charges which increase the impact possibility of carriers in the channel and induce the reduction of mobility and transconductance accordingly. Finally, the simulation results are compared with the experimental data. A good agreement is observed, indicating the validation of our proposed model.
    • 基金项目: 教育部博士点基金(批准号:JY0300122503)和中央高等学校基本科研基金(批准号:K5051225014,K5051225004)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the Doctoral Foundation of Ministry of Education, China (Grant No. JY0300122503) and the Fundamental Research Funds for the Central Universities of China (Grant Nos. K5051225014, K5051225004).
    [1]

    Huang R, Zhang G Y, Li Y X, Zhang X 2005 SOI CMOS Technologies and Applications (Beijing: Science Press) p3 (in Chinese) [黄如, 张国艳, 李映雪, 张兴 2005 SOI CMOS 技术及其应用 (北京: 科学出版社)第3页]

    [2]

    Xue S B, Huang R, Huang D T, Wang S H, Tan F, Wang J, An X, Zhang X 2010 Chin. Phys. B 19 117307

    [3]

    Mou W B, Xu X 2005 High Power Laser Particle Beams 17 309 (in Chinese) [牟维兵, 徐曦 2005 强激光与粒子束 17 309]

    [4]

    Yan S A, Tang M H, Zhao W, Guo H X, Zhang W L, Xu X Y, Wang X D, Ding H, Chen J W, Li Z, Zhou Y C 2014 Chin. Phys. B 23 046104

    [5]

    Hjalmarson H P, Pease R L, Witczak S C, Shaneyfelt M R, Schwank J R, Edwards A H, Hembree C E, Mattsson T R 2003 IEEE Trans. Nucl. Sci. 50 1901

    [6]

    Rashkeev S N, Cirba C R, Fleetwood D M, Schrimpf R D, Witczak S C, Michez A, Pantelides S T 2002 IEEE Trans. Nucl. Sci. 49 2650

    [7]

    Graves R J, Cirba C R, Schrimpf R D, Milanowski R J, Michez A, Fleetwood D M, Witczak S C, Saigne F 1998 IEEE Trans. Nucl. Sci. 45 2352

    [8]

    Liu S T, Anthony D, Heikkila W, Hughes H 2004 IEEE Trans. Nucl. Sci. 51 3475

    [9]

    Benedetto J M, Boesch Jr H E 1986 IEEE Trans. Nucl. Sci. 33 1317

    [10]

    Ning B X, Hu Z Y, Zhang Z X, Bi D W, Huang H X, Dai R F, Zhang Y W, Zou S C 2013 Acta Phys. Sin. 62 076104 (in Chinese) [宁冰旭, 胡志远, 张正选, 毕大炜, 黄辉祥, 戴若凡, 张彦伟, 邹世昌 2013 物理学报 62 076104]

    [11]

    Hu Z Y, Liu Z L, Shao H, Zhang Z X, Ning B X, Bi D W, Chen M, Zou S C 2012 Acta Phys. Sin. 61 050702 (in Chinese) [胡志远, 刘张李, 韶华, 张正选, 宁冰旭, 毕大炜, 陈明, 邹世昌 2012 物理学报 61 050702]

    [12]

    Pierret R F (translated by Huang R, Wang Q, Wang J Y) 2010 Fundamentals of Semiconductor Device (Beijing: Publishing House of Electronics Industry) pp275-277 (in Chinese) [皮埃洛 R F 著 (黄如, 王漪, 王金延译)2010 半导体器件基础 (北京: 电子工业出版社) 第275–277页]

    [13]

    Qu J T, Zhang H M, Hu H Y, Xu X B, Wang X Y 2012 J. Univ. Electron. Sci. Technol. China 41 316 (in Chinese) [屈江涛, 张鹤鸣, 胡辉勇, 徐小波, 王晓艳 2012 电子科技大学学报 41 316]

    [14]

    Liu H X, Wang Z, Zhuo Q Q, Wang Q Q 2014 Acta Phys. Sin. 63 016102 (in Chinese) [刘红侠, 王志, 卓青青, 王倩琼 2014 物理学报 63 016102]

    [15]

    Chen X J, Barnaby H J, Vermeire B, Holbert K, Wright D, Pease R L 2007 IEEE Trans. Nucl. Sci. 54 1913

    [16]

    Saks N S, Ancona M G, Rendell R W 2002 Appl. Phys. Lett. 80 3219

    [17]

    Galloway K F, Gaitan M, Russell T J 1984 IEEE Trans. Nucl. Sci. 31 1497

  • [1]

    Huang R, Zhang G Y, Li Y X, Zhang X 2005 SOI CMOS Technologies and Applications (Beijing: Science Press) p3 (in Chinese) [黄如, 张国艳, 李映雪, 张兴 2005 SOI CMOS 技术及其应用 (北京: 科学出版社)第3页]

    [2]

    Xue S B, Huang R, Huang D T, Wang S H, Tan F, Wang J, An X, Zhang X 2010 Chin. Phys. B 19 117307

    [3]

    Mou W B, Xu X 2005 High Power Laser Particle Beams 17 309 (in Chinese) [牟维兵, 徐曦 2005 强激光与粒子束 17 309]

    [4]

    Yan S A, Tang M H, Zhao W, Guo H X, Zhang W L, Xu X Y, Wang X D, Ding H, Chen J W, Li Z, Zhou Y C 2014 Chin. Phys. B 23 046104

    [5]

    Hjalmarson H P, Pease R L, Witczak S C, Shaneyfelt M R, Schwank J R, Edwards A H, Hembree C E, Mattsson T R 2003 IEEE Trans. Nucl. Sci. 50 1901

    [6]

    Rashkeev S N, Cirba C R, Fleetwood D M, Schrimpf R D, Witczak S C, Michez A, Pantelides S T 2002 IEEE Trans. Nucl. Sci. 49 2650

    [7]

    Graves R J, Cirba C R, Schrimpf R D, Milanowski R J, Michez A, Fleetwood D M, Witczak S C, Saigne F 1998 IEEE Trans. Nucl. Sci. 45 2352

    [8]

    Liu S T, Anthony D, Heikkila W, Hughes H 2004 IEEE Trans. Nucl. Sci. 51 3475

    [9]

    Benedetto J M, Boesch Jr H E 1986 IEEE Trans. Nucl. Sci. 33 1317

    [10]

    Ning B X, Hu Z Y, Zhang Z X, Bi D W, Huang H X, Dai R F, Zhang Y W, Zou S C 2013 Acta Phys. Sin. 62 076104 (in Chinese) [宁冰旭, 胡志远, 张正选, 毕大炜, 黄辉祥, 戴若凡, 张彦伟, 邹世昌 2013 物理学报 62 076104]

    [11]

    Hu Z Y, Liu Z L, Shao H, Zhang Z X, Ning B X, Bi D W, Chen M, Zou S C 2012 Acta Phys. Sin. 61 050702 (in Chinese) [胡志远, 刘张李, 韶华, 张正选, 宁冰旭, 毕大炜, 陈明, 邹世昌 2012 物理学报 61 050702]

    [12]

    Pierret R F (translated by Huang R, Wang Q, Wang J Y) 2010 Fundamentals of Semiconductor Device (Beijing: Publishing House of Electronics Industry) pp275-277 (in Chinese) [皮埃洛 R F 著 (黄如, 王漪, 王金延译)2010 半导体器件基础 (北京: 电子工业出版社) 第275–277页]

    [13]

    Qu J T, Zhang H M, Hu H Y, Xu X B, Wang X Y 2012 J. Univ. Electron. Sci. Technol. China 41 316 (in Chinese) [屈江涛, 张鹤鸣, 胡辉勇, 徐小波, 王晓艳 2012 电子科技大学学报 41 316]

    [14]

    Liu H X, Wang Z, Zhuo Q Q, Wang Q Q 2014 Acta Phys. Sin. 63 016102 (in Chinese) [刘红侠, 王志, 卓青青, 王倩琼 2014 物理学报 63 016102]

    [15]

    Chen X J, Barnaby H J, Vermeire B, Holbert K, Wright D, Pease R L 2007 IEEE Trans. Nucl. Sci. 54 1913

    [16]

    Saks N S, Ancona M G, Rendell R W 2002 Appl. Phys. Lett. 80 3219

    [17]

    Galloway K F, Gaitan M, Russell T J 1984 IEEE Trans. Nucl. Sci. 31 1497

  • [1] 何玉娟, 章晓文, 刘远. 总剂量辐照对热载流子效应的影响研究. 物理学报, 2016, 65(24): 246101. doi: 10.7498/aps.65.246101
    [2] 辛艳辉, 刘红侠, 王树龙, 范小娇. 对称三材料双栅应变硅金属氧化物半导体场效应晶体管二维解析模型. 物理学报, 2014, 63(14): 148502. doi: 10.7498/aps.63.148502
    [3] 白玉蓉, 徐静平, 刘璐, 范敏敏, 黄勇, 程智翔. 高k栅介质小尺寸全耗尽绝缘体上锗p型金属氧化物半导体场效应晶体管漏源电流模型. 物理学报, 2014, 63(23): 237304. doi: 10.7498/aps.63.237304
    [4] 范敏敏, 徐静平, 刘璐, 白玉蓉, 黄勇. 高k栅介质GeOI金属氧化物半导体场效应管阈值电压和亚阈斜率模型及其器件结构设计. 物理学报, 2014, 63(8): 087301. doi: 10.7498/aps.63.087301
    [5] 刘翔宇, 胡辉勇, 张鹤鸣, 宣荣喜, 宋建军, 舒斌, 王斌, 王萌. 具有poly-Si1-xGex栅的应变SiGep型金属氧化物半导体场效应晶体管阈值电压漂移模型研究. 物理学报, 2014, 63(23): 237302. doi: 10.7498/aps.63.237302
    [6] 刘红侠, 王志, 卓青青, 王倩琼. 总剂量辐照下沟道长度对部分耗尽绝缘体上硅p型场效应晶体管电特性的影响. 物理学报, 2014, 63(1): 016102. doi: 10.7498/aps.63.016102
    [7] 辛艳辉, 刘红侠, 范小娇, 卓青青. 单Halo全耗尽应变Si 绝缘硅金属氧化物半导体场效应管的阈值电压解析模型. 物理学报, 2013, 62(10): 108501. doi: 10.7498/aps.62.108501
    [8] 周春宇, 张鹤鸣, 胡辉勇, 庄奕琪, 舒斌, 王斌, 王冠宇. 应变Si NMOSFET阈值电压集约物理模型. 物理学报, 2013, 62(7): 077103. doi: 10.7498/aps.62.077103
    [9] 曹磊, 刘红侠, 王冠宇. 异质栅全耗尽应变硅金属氧化物半导体模型化研究. 物理学报, 2012, 61(1): 017105. doi: 10.7498/aps.61.017105
    [10] 胡辉勇, 雷帅, 张鹤鸣, 宋建军, 宣荣喜, 舒斌, 王斌. Poly-Si1-xGex栅应变SiN型金属-氧化物-半导体场效应管栅耗尽模型研究. 物理学报, 2012, 61(10): 107301. doi: 10.7498/aps.61.107301
    [11] 商怀超, 刘红侠, 卓青青. 低剂量率60Co γ 射线辐照下SOI MOS器件的退化机理. 物理学报, 2012, 61(24): 246101. doi: 10.7498/aps.61.246101
    [12] 李立, 刘红侠, 杨兆年. 量子阱Si/SiGe/Sip型场效应管阈值电压和沟道空穴面密度模型. 物理学报, 2012, 61(16): 166101. doi: 10.7498/aps.61.166101
    [13] 李妤晨, 张鹤鸣, 张玉明, 胡辉勇, 徐小波, 秦珊珊, 王冠宇. 新型高速半导体器件IMOS阈值电压解析模型. 物理学报, 2012, 61(4): 047303. doi: 10.7498/aps.61.047303
    [14] 屈江涛, 张鹤鸣, 王冠宇, 王晓艳, 胡辉勇. 多晶SiGe栅量子阱pMOSFET阈值电压模型. 物理学报, 2011, 60(5): 058502. doi: 10.7498/aps.60.058502
    [15] 王冠宇, 张鹤鸣, 王晓艳, 吴铁峰, 王斌. 亚100 nm应变Si/SiGe nMOSFET阈值电压二维解析模型. 物理学报, 2011, 60(7): 077106. doi: 10.7498/aps.60.077106
    [16] 汤晓燕, 张义门, 张玉明. SiC肖特基源漏MOSFET的阈值电压. 物理学报, 2009, 58(1): 494-497. doi: 10.7498/aps.58.494
    [17] 张志锋, 张鹤鸣, 胡辉勇, 宣荣喜, 宋建军. 应变Si沟道nMOSFET阈值电压模型. 物理学报, 2009, 58(7): 4948-4952. doi: 10.7498/aps.58.4948
    [18] 张鹤鸣, 崔晓英, 胡辉勇, 戴显英, 宣荣喜. 应变SiGe SOI量子阱沟道PMOSFET阈值电压模型研究. 物理学报, 2007, 56(6): 3504-3508. doi: 10.7498/aps.56.3504
    [19] 李艳萍, 徐静平, 陈卫兵, 许胜国, 季 峰. 考虑量子效应的短沟道MOSFET二维阈值电压模型. 物理学报, 2006, 55(7): 3670-3676. doi: 10.7498/aps.55.3670
    [20] 代月花, 陈军宁, 柯导明, 孙家讹. 考虑量子化效应的MOSFET阈值电压解析模型. 物理学报, 2005, 54(2): 897-901. doi: 10.7498/aps.54.897
计量
  • 文章访问数:  4804
  • PDF下载量:  426
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2014-03-27
  • 修回日期:  2014-07-03
  • 刊出日期:  2014-12-05

/

返回文章
返回