绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管中辐射导致的寄生效应研究.pdf

这篇研究论文专注于探究绝缘体上硅（Silicon on Insulator, SOI）金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）在受到辐射后的寄生效应。SOI技术在航天等高辐射环境中的应用使得对辐射效应的研究变得至关重要。辐射剂量的积累会导致介质层中产生大量的陷阱电荷，进而引起器件性能的永久退化。 在SOI MOSFET中，关键的介质层包括栅氧、浅沟槽隔离（Shallow Trench Isolation, STI）和埋氧层（Buried Oxide, BOX）。研究发现，辐射感应的陷阱电荷与氧化层的厚度成正比。在深亚微米工艺下，虽然栅氧层很薄，对总剂量辐射的影响有限，但STI和BOX层由于较厚，对总剂量效应十分敏感。 论文通过60Co辐射源进行总剂量辐射实验，分析不同尺寸器件的响应，揭示了辐射后性能退化的机制。研究发现，性能退化主要源自辐射增强的寄生效应。具体来说，STI寄生晶体管的开启导致关态漏电流随总剂量呈指数增长，直至达到饱和。此外，STI氧化层的陷阱电荷共享造成了窄沟道器件的阈值电压漂移，而短沟道器件的阈值电压漂移则源于背栅阈值耦合。 论文还探讨了在同一工艺条件下，尺寸较小的器件对总剂量效应更为敏感的现象。进一步研究了背栅和体区施加负偏压对总剂量效应的影响，结果显示，背栅或体区的负偏压能在一定程度上抑制辐射增强的寄生效应，有助于改善器件的电学特性。 以往的研究多关注STI或BOX层单独对总剂量效应的影响，而本研究强调了STI和BOX层中陷阱电荷的共同作用对SOI器件性能退化的影响。通过区分它们的贡献，可以为制定针对性的加固措施提供指导。 这篇论文的关键词包括绝缘体上硅、总剂量效应、寄生效应、实验和仿真。研究结果对于提升SOI MOSFET在辐射环境下的可靠性和性能具有重要意义，为未来的航天和极端环境应用提供了理论基础和技术支持。