半导体与辐射加固.ppt

******************************************SemiconductorPhysics**③GaAs是应用物理的基础材料之一，其在化合物半导体中地位重要、用途广泛、研究较成熟。GaAs的特点是电子迁移率高、禁带宽度大、本证载流子浓度低、光电特性好和对磁场敏感等。在这里最重要的是，它和其它材料之间一般有较高的界面态密度使得其表面层的费米能级总是能够维持在禁带中间附近，并且还会产生一个多数载流子的耗尽层，这一特点使得GaAs器件的漏电流较低因而具有很好的抗辐射能力。SemiconductorPhysics**④此外，锗硅材料、碳化硅材料、金刚石材料以及铁电材料等也具有较好的抗辐射能力，但对它们还处于研究发展阶段，还需要继续探索它们如何在实际中大量应用。SemiconductorPhysics**(2)制造工艺MOS管中的氧化层对辐射比较敏感，其原因是氧化层体区的陷阱缺陷以及氧化层与硅层之间的界面陷阱缺陷。因此在制造工艺方面的加固很大一部分是基于氧化层的加固提出的，也有一些工艺加固措施是针对掺杂或其它方面提出的。SemiconductorPhysics**①如果采用干氧氧化工艺制造二氧化硅膜，则其中存在较少的缺陷，因而成为栅介质加固的优选材料。文献[9]提供了一些改进和优化的干氧氧化的条件：1000摄氏度干氧氧化；之后在氮气中退火，退火温度为850~950摄氏度；栅氧化前用三氯乙烯或氯化氢气体清洁炉管等。这些改进和优化的条件的目的是使制备出的二氧化硅膜中含有的能引发电离的缺陷最少，从而提高微电子器件的抗辐射水平。SemiconductorPhysics**②三氧化二铝和四氮化三硅等薄膜自身拥有很好的抗辐射能力，但它们不宜直接用作栅介质材料。它们可以用于复合介质膜，例如采用二氧化硅与四氮化三硅复合介质能够很有效地抑制辐射导致的泄漏电流的增大，从而增强了微电子器件的抗辐射能力。SemiconductorPhysics**③通过在二氧化硅中掺入氟、铝、磷或钼等，可以在SiO2中引入电子俘获中心中和部分辐射产生的正的空间电荷，从而提高半导体器件的抗辐射能力。④减薄栅氧化层的厚度，对提高微电子器件的抗辐射能力非常有效。这是因为空间电荷和界面态电荷与栅氧厚度均呈正相关关系。从这个角度看，MOS器件的按比例缩小亦可以提高其抗辐射能力。SemiconductorPhysics**⑤针对局部硅氧化隔离工艺，通过增加场氧下方的衬底掺杂浓度、减小“鸟嘴”的斜率能够降低泄漏电流，从而提高微电子器件的抗辐射能力。⑥沟道中采取超陡倒掺杂的掺杂方式，指出采用这种方式掺杂的MOS器件的泄漏电流与阈值电压辐射后的退化均不如采用均匀掺杂方式的MOS器件严重，显示出了较好的抗总剂量辐射能力。SemiconductorPhysics**⑦另外采用合适的钝化材料(常用SiO2或金属)和栅金属材料也可以提高微电子器件的抗辐射能力。SemiconductorPhysics**(3)器件结构器件设计方面，主要的原则是：薄基区，重掺杂(金)，小尺寸，尽可能提高器件的增益和带宽。SemiconductorPhysics**(4)电路结构集成电路的电路设计加固是提高微电子设备加固水平的重要技术，它涉及电路的设计、分析和仿真的全过程。电路抗辐射设计的最终目的是发现、预测电路易受辐射影响的地方，针对此进行抗辐射加固。主要方法有失效及危害分析、容差设计、降额设计等。SemiconductorPhysics**①失效及危害分析：通过分析损伤参数的变化及其对其它方面的影响，预测或发现辐射的薄弱环节，这一步是整个电路抗辐射设计的基础。②容差设计：当器件受到总剂量辐射时，器件参数如阈值电压等会因总剂量辐射效应而发生漂移。根据辐射后器件参数如何退化，设计电路时对器件进行合适地设计，使得器件在所设计的电路中可以正常地“轻伤”工作。SemiconductorPhysics**③降额设计：有意地降低对半导体器件施加的电、热等应力，以达到减小半导体器件的辐射失效率的目的。④电路的加固设计本质上讲是变化无穷的。有一些典型的基本设计技术，如应用推挽式放大器时，为使瞬变电流降至合适的值，可以在每一电源引线中引入一小电阻（避免出现栓锁电流阈值）。对这些基本设计技术运用得当，可以使电路达到很好的抗辐射水平。SemiconductorPhysics**(5)