γ射线总剂量辐照效应对应变Si PMOSFET阈值电压与跨导的影响研究-110319.pdf

γ射线总剂量辐照效应对应变Si PMOSFET 阈值电压与跨导 的影响研究* 1) 1)† 1) 1) 1) 1) 1) 胡辉勇 刘翔宇 连永昌 张鹤鸣 宋建军 宣荣喜 舒斌 1)（西安电子科技大学微电子学院，宽禁带半导体材料与器件重点实验室，西安， 710071） 摘要: 论文重点分析了双轴应变Si PMOFET 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 用机制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；另 外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吻合，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。 关键词：应变Si PMOSFET 总剂量辐照 阈值电压 跨导 PACS：61.80.Ed，73.50.Dn, 85.30.TV 基金: 教育部博士点基金(No. JY0300122503) 和中央高校基本业务费（No. K5051225014, K5051225004）资助 † 通讯作者.E-mail: 814320842@ 电话 1． 引言 随着微电子技术的发展，以CMOS技术为主导的集成电路技术已经进入了纳 米尺度, 使基于 “等比例缩小”原则一直遵循着 “摩尔定理”发展的集成电路技 术受到了极大的挑战，成为制约集成电路发展的瓶颈问题。而应变Si材料具有高 载流子迁移率高，带隙可调， 与传统的Si工艺兼容等优点，成为延续集成电路 [1-4] 按 “摩尔定律”发展的有效途径和研究热点 。随着应变技术的快速发展，应 变集成器件及电路在极端条件尤其是辐照条件下的应用将会越来越多，因此辐照 [5] 特性及加固技术是其应用研究的一个重点 。本文将重点开展不同总剂量γ射线 [6] 辐照对双轴应变Si PMOSFET 电学特性影响的研究 ，建立其电学特性模型，并 通过实验进行验证。为研究双轴应变Si PMOSFET辐照可靠性提供理论和实践基 [7] 础 。 2． 模型建立 本文采用西安电子科技大学设计并制备的双轴应变 Si PMOSFET 作为研究 对象,重点研究γ 射线辐照效应对其电学特性的影响，器件结构如图1 所示。图1 中，器件从下往上层结构分别为：Si 衬底上生长的组分渐变SiGe 层，Ge 的组 分为0-0.3, 厚度为2μm ，掺杂浓度为Nb= 1.5*1016cm-3 ；固定组分弛豫SiGe 层， Ge 组分为0.3,厚度为300nm，掺杂浓度为Nb=1.5*1016cm-3 ；应变Si 层，厚度为 10nm，掺杂浓度为Nch=1*1016cm-3 。器件中采用NchNb 的倒掺杂，以减少沟 道离化杂质散射，另外虚拟衬底的掺杂浓度较高，耗尽层只延伸到弛豫SiGe 层， 图2 为PMOSFET 的显微照片，该器件采用DIP16 封装形式。 +