超深亚微米互补金属氧化物半导体器件的剂量率效应.pdf

【超深亚微米互补金属氧化物半导体器件的剂量率效应】 在电子设备尤其是半导体器件的设计和制造中，辐射效应是一个不可忽视的问题。超深亚微米（Submicron）互补金属氧化物半导体（CMOS）器件由于其纳米级别的结构，在高能粒子或放射性物质的辐射环境下，会受到不同程度的损伤，这种现象被称为剂量率效应。剂量率效应是指在相同的累积辐射剂量下，器件在不同辐射速度（剂量率）下表现出不同的损伤程度。 本文主要关注的是0.18微米CMOS工艺的N型金属氧化物半导体场效应晶体管（NMOSFET）和静态随机存取存储器（SRAM）在不同剂量率下的电离总剂量辐照试验研究。研究发现，SRAM在低剂量率下的辐射损伤比高剂量率下的更严重，并且在经过与低剂量率相同时间的室温退火后，损伤程度更大。相比之下，尽管NMOSFET在低剂量率下的初始损伤略小于高剂量率，但在室温退火后，高剂量率的损伤反而显著低于低剂量率。 以往的研究认为CMOS器件的辐射损伤是时间相关效应，即损伤程度与辐射暴露时间有关，而与辐射速率无关。然而，针对超深亚微米工艺的CMOS器件，尤其是在浅槽隔离（STI）氧化物中，情况可能有所不同。STI氧化物在高密度等离子体氧化物填充过程中形成的低剂量率效应可能增强辐射损伤，因为它们满足了产生低剂量率增强效应的条件，即较厚的弱电场氧化物层。 通过对0.18微米CMOS工艺器件的实验研究，文章提出了一个理论模型，利用数值模拟来解释CMOS器件的剂量率效应。模型考虑了在不同剂量率下，STI氧化物中产生的陷阱电荷如何影响器件性能，以及这些陷阱电荷的退火和增长如何随时间变化，从而导致了剂量率效应的差异。 这些发现对于理解超深亚微米CMOS器件在实际应用中的辐射耐受性和可靠性具有重要意义，特别是在航空航天、医疗设备和极端环境下的电子系统设计中。同时，这一研究也为制定更为精确的辐射效应评估标准提供了理论支持，有助于优化器件的辐射防护策略和提高系统的整体稳定性。未来的工作可能需要进一步深入探究不同工艺参数对剂量率效应的影响，以便开发出更耐辐射的半导体技术。