MOS器件辐照过程和辐照后效应模拟
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应． 高剂量 率辐 照 ， 照射 的时 间短 ， 主要 是 产生正 空 间 电荷 ， 经退火 才 能产 生界 面态 ； 低 剂量率 辐 照 ， 而 照射 时
间长 ， 开始 以正 空 间电荷 产生 为主 ， 渐 的转化 到形 成界 面态 ． 逐 由于正 空 间电荷 与 界 面态 对 ＭＯ Ｓ器件 产 生 的
影 响各 不 相 同 ， 因此 产生 的 电离辐 射效 应 存在 明 显 的差 别 ． 文 模 拟 Ｍ Ｓ器件 的长 时 间 辐射 和恢 复 响 应 过 本 Ｏ
程 ． 模 型方程 中考 虑 了栅偏 压 电场 效应 、 在 电子 隧道 退火 效 应和界 面 态效 应 ．
１ 隧道 退 火 机 制
（ ４ ）
如果恢 复机 理是 由于 隧道 电子与 氧化 层正 电荷相互 作 用 ， 么 ， 那 退火 曲线 的归一化斜 率 与加 在氧化 层 的
为栅偏 压 ， 声是考 虑 工 作 函数 的不 同 时 的常 数 ， 是 一 常 数 ．
根 据 以往 的经验 ， 阈值 电压 漂 移 △ 远 小 于所 加 的栅 偏 压 ， 所 以方程 （ ） ５ 可以不考 虑 △ 这一项 ． 文取 ｔ ＝１ Ｖ ＝ ０ ， 本 。 ， ｏ ４ ０ 声＝５ ．
许多 研究表 明 ｊＭＯ ， Ｓ器件 和 电路 的辐 照效 应 受 辐 照 剂 量 、 量 率 、 置 、 度 以 及 工 艺 条件 的 影 响 ． 剂 偏 温
Ｍ Ｓ 件辐 照后 的 阈值 电压漂 移具 有恢 复时间长 的特 点 ， 且 在许 多情 况 下 与退 火 时 间的 对 数 （ ｇ ） 足 Ｏ 器 并 １ ｔ满 ｏ
（ １ ）
ｔ 是所 有 空 穴 传 输 完成 的时 间 ， 。 ｃ是 阈 值 电压 漂 移 在 ｔ 。的幅 值 ， 数 是 退 火 恢 复 曲线 的斜 率 ． 程 ：ｔ 常 方
△ ）一１ ｌ ］ ＝［ ｎ ， ㈡
为 ７， ’辐射 剂量率 为 常数 情 况 下 辐射 和恢 复响 应
［ 稿 日期 】２０ ０ 收 ０ ５— ８—１ ；［ 回 日期 】２０ ２ 修 ０５—１ —０ ２ ７ ［ 者 简 介 】何 宝 平 （９９ ， ， 西 西 安 ， 理 研 究 员 ， 士 生 ， 事 辐 射 效应 方 面 的 研 究 ． 安 ６ 作 １６ 一） 男 陕 助 硕 从 西 ９信 箱 ｌ 箱 ７０ １ Ｏ分 １６ ３
线 性 关系 ． 本文假 设 阈值 电压 漂移 与退 火 时 间的对 数 （ｏｔ 满 足线 性 关 系 ， １ ） ｇ 由于非 常 短 时间 的 电 离辐 射 脉 冲
所 引起 ＭＯ 器 件 的 阈值 电压 漂移 可 认 为满 足 Ｓ
△ ）一ｃ ｎ ］ ＝［ ㈡ ，
（） １经过 归 一化可 以写成
了 预估器 件或 电路 在不 同剂量 率 辐照 下 的响应情 况 ， 必须 同时考虑 器 件 的辐射 和退 火 响应 ． 性 响应 理论 已 线 成 功 应用 于 这方 面ｎ 研究 ． 多 研 究 表 明 ， 订的 许 ］ 电离辐 射 脉 冲后 ， Ｏ Ｍ Ｓ器 件辐 射 效应 的恢 复 包括 以下 几 个
（ ２ ）
这 里 △ 。 归一 化 阈值 电压漂 移 ， 归一 化 退火 斜率 ． 是 Ａ是 对方 程 （ ） 行积 分 ， 以得 到任 意辐 射脉 冲宽 度 ２进 可
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１０ １
计
ｔ
算
物
理
第 ２ 卷 ４
△
＝
ａ． ｒ
程 所 加 栅 偏 压 的 大小 以及 隧道 电 子 效 应 与 建立 的界 面 态所 占 比例 的 不 同 影 响 器 件 的恢 复 率 ．
［ 关键词】 电离辐射 ； 面态 ； 界 退火 ； 模拟
［ 图分类号】 中 Ｔ ３６１ Ｎ ８． ［ 献标识码】 Ａ 文
Ｏ 引言
电子 元器件 和集 成 电路 的总剂 量 辐射 效应 实验 通常 在 大 于实 际 应 用空 间环 境 剂 量 率 的 条 件 下进 行 ． 为
［ 文章 编号】 １０ ．４Ｘ（０７ ０．１９０ ０ １ ６ ２０ ）１ ０ ．７ ２ ０
ＭＯ Ｓ器 件 辐 照 过 程 和 辐 照 后 应 模 拟
何 宝平 ， 张凤 祁 ， 姚 志 斌
（ 北 核 技术 研 究所 ，陕 西 西 安 西 ７０ １） １６ ３
［ 摘 要】 模 拟 Ｍ Ｓ Ｏ 器件脉 冲电离辐射响应和长时 间恢复效应 ．假设 隧道 电子从硅进入氧化 层和界面态 的建 立 是辐射效应 的恢复机理 ．在整个退 火恢复期 ，采用 卷积模 型并考 虑 了栅 偏 置压 的效应 ．模 拟结 果表 明 ：退火 过
过程 ：
１ 短期 过程 ： ） 辐射 脉 冲结束 后 ， 毫秒 到秒发 生 空穴 的传输 ； 从
２ 长期 过程 ： ） ①界 面态 的建 立 ； 隧道 电子从 硅进 入 氧化层 ； 正 的氧 化物 陷 阱电荷 热激 发 退火 ； 界 面 ② ③ ④ 态 电荷 的热激发 退 火 ． 本文 只考虑 长期 的辐 射 响应 和退 火 响应 ． 长期 过程 中 ， 过 程在 不 同 时间 下 产 生不 同的 电 离 辐射 效 在 ４个
㈥
当 ０＜ｔ Ｔ时 ， ≤ 归一化 阈值 电压漂 移与脉 冲宽度 Ｔ的表 达式 可 表示 为
△ ＝［＋ （） 一 （）寺］ 一（ ） 一 ｔ Ａ手ｌ ） ・ 手 （） ｎ ． ｏ （
电场具 有一 定 的函数关 系 ． 设 归一化 斜率 具有 形式 假
Ａ ： ， （） ５
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第 ２卷 第 １ ４ 期 ２０ ０ ７年 １ 月
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物
理
Ｖ１４Ｎ． ｏ． ．ｏ１ ２
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