<em>γ</em>射线辐照对130 nm部分耗尽SOI MOS器件栅氧经时击穿可靠性的影响

马腾; 苏丹丹; 周航; 郑齐文; 崔江维; 魏莹; 余学峰; 郭旗

doi:10.3788/IRLA201847.0920006

γ射线辐照对130 nm部分耗尽SOI MOS器件栅氧经时击穿可靠性的影响

doi: 10.3788/IRLA201847.0920006

马腾^1,2,3,
苏丹丹^1,2,3,
周航^1,2,3,
郑齐文^1,2,
崔江维^1,2,
魏莹^1,2,
余学峰^1,2,
郭旗^1,2

1.
中国科学院新疆理化技术研究所中国科学院特殊环境功能材料与器件重点实验室,新疆乌鲁木齐 830011;
2.
新疆电子信息材料与器件重点实验室,新疆乌鲁木齐 830011;
3.
中国科学院大学,北京 100049

基金项目:

国家自然科学基金（11475255）;国家自然科学基金青年科学基金（11505282）;中国科学院西部之光项目（2015-XBQN-B-15，XBBS201321）

详细信息

作者简介:
马腾(1988-),男,硕士生,主要从事微纳器件辐射效应与加固技术方面的研究。Email:mateng15@mails.ucas.ac.cn

中图分类号: TN386.5

Effects of time-dependent dielectric breakdown reliability of 130 nm partially depleted SOI MOS devices exposed to γ-ray

Ma Teng^1,2,3,
Su Dandan^1,2,3,
Zhou Hang^1,2,3,
Zheng Qiwen^1,2,
Cui Jiangwei^1,2,
Wei Ying^1,2,
Yu Xuefeng^1,2,
Guo Qi^1,2

1.
Key Laboratory of Functional Materials and Devices for Special Environments,Xinjiang Technical Institute of Physics and Chemistry,Chinese Academy of Sciences,Urumqi 830011,China;
2.
Xinjiang Key Laboratory of Electronic Information Material and Device,Urumqi 830011,China;
3.
University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China

摘要: 研究了射线辐照对130 nm部分耗尽（Partially Depleted，PD）绝缘体上硅（Silicon on Insulator，SOI）工艺MOS器件栅氧经时击穿（Time-Dependent Dielectric Breakdown，TDDB）寿命的影响。通过测试和对比辐照前后NMOS和PMOS器件的转移特性曲线、阈值电压、关态泄漏电流以及TDDB时间等电参数，分析了射线辐照对PD-SOI MOS器件TDDB可靠性的影响。结果表明：由于射线辐照在栅极氧化层中产生了带正电的氧化物陷阱电荷，影响了器件内部势垒的分布，降低了电子跃迁的势垒高度，导致了电子遂穿的正反馈作用增强，从而缩短了器件栅氧化层经时击穿时间，最终造成器件栅极氧化层的可靠性下降。
- 场效应晶体管 /
- 可靠性 /
- 栅氧经时击穿 /
- γ射线
Abstract: The effects of -ray irradiation on the subsequent time-dependent dielectric breakdown (TDDB) of partially depleted (PD) silicon-on-insulator (SOI) MOS devices were investigated. By testing and comparing the transfer characteristic curves, threshold voltage, off-state leakage current, the TDDB lifetimes and other electrical parameters of the NMOS and PMOS devices before and after irradiation, the effects of -ray irradiation on the TDDB reliability of the devices were analyzed. The results show that the positively charged oxide trap charges induced by -ray irradiation in the gate oxide layer affected the distribution of the internal barrier of the device, and reduced the height of the barrier of the electron transition. Therefore, the positive feedback effect of electron tunneling is enhanced and the TDDB lifetime of the device is reduced, resulting in a reliability degradation of the gate oxide of the devices.
- MOSFET /
- reliability /
- TDDB /
- γ-ray

[1]	Sun J, Wu E Y, Lai W L. Statistics of competing post-breakdown failure modes in ultrathin MOS devices[J]. IEEE Trans Electron Devices, 2006, 53(2):224-234,.
[2]	Zhou H, Cui J W, Zheng Q W, et al. Reliability of partially-depleted silicon on insulator n-channel metal oxide semiconductor field-effect transistor under the ionizing radiation environment[J]. Acta Phys Sin, 2015, 64(8):086107. (in Chinese)
[3]	Silvestri M, Gerardin S, Paccagnella A, et al. Gate rupture in ultra-thin gate oxides irradiated with heavy ions[J]. IEEE Trans Nucl Sci, 2009, 56(4):1964-1970.
[4]	Cester A, Cimino S, Paccagnella A, et al. Accelerated wear-out of ultra-thin gate oxides after irradiation[J]. IEEE Trans Nucl Sci, 2003, 50(3):729-734.
[5]	Choi B K, Fleetwood D M, Schrimpf R D, et al. Long-term reliability degradation of ultrathin dielectric films due to heavy-ion irradiation[J]. IEEE Trans Nucl Sci, 2002, 49(6):3045-3050.
[6]	Suehle J S, Vogel E M, Roitman P, et al. Observation of latent reliability degradation in ultrathin oxides after heavy-ion irradiation[J]. Appl Phys Lett, 2002, 80(7):1282-1284.
[7]	Fleetwood D M, Riewe L C, Winokur P S, et al. Dielectric breakdown of thin oxides during ramped current-temperature stress[J]. IEEE Trans Nucl Sci, 2002, 47(6):2305-2310.
[8]	Liu H X, Hao Y. Study on pulse stress enhanced hot-carrier effects in NMOSFET's[J]. Acta Electronica Sinica, 2002, 30(5):658-660. (in Chinese)
[9]	He Y J, Zhang X W, Liu Y, et al. Total dose dependence of hot carrier injection effect in the n-channel metal oxide semiconductor devices[J]. Acta Phys Sin, 2016, 64(24):246101(1-7). (in Chinese)
[10]	Denais M, Huard V, Parthasarathy C, et al. Interface trap generation and hole trapping under NBTI and PBTI in advanced CMOS technology with a 2-nm gate oxide[J]. IEEE Transactions on Device Materials Reliability, 2005, 4(4):715-722.
[11]	Ceschia M, Paccagnella A, Cester A, et al. Radiation induced leakage current and stress induced leakage current in ultra-thin gate oxides[J]. IEEE Transactions on Nuclear Science, 1998, 45(6):2375-2382.

[1]	朱伟鸿, 汪洋, 王栎皓, 刘艺晨, 武震宇. 卫星激光通信MEMS快速反射镜可靠性研究进展 . 红外与激光工程, 2023, 52(9): 20230179-1-20230179-13. doi: 10.3788/IRLA20230179
[2]	李建林, 刘卓林, 陈晓燕, 雷永畅, 董伟, 钱昆伦. 红外焦平面探测器杜瓦组件的热致破坏及其环境试验 . 红外与激光工程, 2022, 51(4): 20210337-1-20210337-10. doi: 10.3788/IRLA20210337
[3]	刘雯雯, 苏伟, 罗文豪, 李健坷, 刘人怀. 中红外固体激光器的振动可靠性 . 红外与激光工程, 2021, 50(4): 20200242-1-20200242-6. doi: 10.3788/IRLA20200242
[4]	李建林, 谢刚, 刘炼, 陈晓燕, 董伟, 雷永畅. 碲镉汞焦平面阵列无效像元（盲元）特征与成因 . 红外与激光工程, 2021, 50(2): 20200202-1-20200202-12. doi: 10.3788/IRLA20200202
[5]	朱双双, 吴洋, 邹鹏, 崔珊珊, 胡强, 刘振海, 裘桢炜, 洪津. 星载红外探测器组件环境适应性分析与性能优选 . 红外与激光工程, 2020, 49(2): 0204001-0204001. doi: 10.3788/IRLA202049.0204001
[6]	李建林, 张绍裕, 孙娟, 谢刚, 周嘉鼎, 马颖婷. 热应力加速试验评定碲镉汞焦平面阵列像元储存寿命 . 红外与激光工程, 2019, 48(10): 1004003-1004003(9). doi: 10.3788/IRLA201948.1004003
[7]	王志铭, 周东, 郭旗, 李豫东, 文林, 马林东, 张翔, 蔡毓龙, 刘炳凯. γ辐照导致中波碲镉汞光伏器件暗电流退化的机理研究 . 红外与激光工程, 2019, 48(9): 916001-0916001(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0916001
[8]	罗木昌, 孙建东, 张志鹏, 李想, 申志辉, 王颖, 陈红兵, 董绪丰, 张金峰, 陈扬, 周建勇, 秦华. 基于AlGaN/GaN场效应晶体管的太赫兹焦平面成像传感器 . 红外与激光工程, 2018, 47(3): 320001-0320001(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0320001
[9]	李建林, 李惟夏, 徐世春. 非蒸散型吸气剂维持红外焦平面探测器杜瓦组件工作真空度的性能与应用 . 红外与激光工程, 2018, 47(10): 1004001-1004001(9). doi: 10.3788/IRLA201847.1004001
[10]	彭勃, 张普, 陈天奇, 赵崟岑, 吴的海, 刘晖. 高功率半导体激光器互连界面可靠性研究 . 红外与激光工程, 2018, 47(11): 1105002-1105002(8). doi: 10.3788/IRLA201847.1105002
[11]	蒙裴贝, 史文宗, 颜凡江, 李旭. 谐振腔失谐对二极管泵浦Nd：YAG激光器性能的影响 . 红外与激光工程, 2017, 46(6): 605001-0605001(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0605001
[12]	骆冬根, 邹鹏, 陈迪虎, 王羿, 洪津. 伽马射线辐照对硅光电二极管性能的影响 . 红外与激光工程, 2016, 45(3): 320001-0320001(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0320001
[13]	郝立超, 黄爱波, 赖灿雄, 陈星, 陈辉, 郝明明, 路国光, 黄云, 恩云飞. 盲元作为红外焦平面可靠性分析手段的探讨 . 红外与激光工程, 2016, 45(5): 504004-0504004(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0504004
[14]	曹岚, 龚海梅. 红外组件可靠性试验的自动保护系统设计 . 红外与激光工程, 2015, 44(S1): 13-16.
[15]	柳鸣, 李丹妮, 张国玉, 孙向阳, 赵昭, 段洁. 红外瞄具温度应力可靠性检测系统研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(10): 2938-2943.
[16]	王洋, 鲁星, 孟超, 刘俊明, 邝永变, 孟庆端, 朱旭波, 司俊杰. InSb焦平面探测器高低温循环特性研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(12): 3701-3706.
[17]	李建林, 刘湘云, 朱颖峰, 孙娟. 红外焦平面探测器杜瓦组件真空失效及其检测方法 . 红外与激光工程, 2015, 44(10): 2874-2879.
[18]	张丽, 杨丹, 王好伟, 王依山, 杨盛谊. 溶液法制备全有机P3HT光电探测器 . 红外与激光工程, 2015, 44(10): 2975-2980.
[19]	苑克娥, 张世国, 胡顺星, 林金明, 邵石生, 曹开法, 黄见, 徐之海, 徐惠玲. 拉曼散射激光雷达反演二氧化碳测量结果的可靠性分析 . 红外与激光工程, 2014, 43(4): 1135-1139.
[20]	杨国洪, 李军, 韦敏习, 侯立飞, 易涛, 刘慎业. X射线分光晶体高阶衍射效率标定方法 . 红外与激光工程, 2013, 42(12): 3325-3329.

点击查看大图

计量

文章访问数: 538
HTML全文浏览量: 96
PDF下载量: 27
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

留言板

γ射线辐照对130 nm部分耗尽SOI MOS器件栅氧经时击穿可靠性的影响

doi: 10.3788/IRLA201847.0920006

作者简介:
马腾(1988-),男,硕士生,主要从事微纳器件辐射效应与加固技术方面的研究。Email:mateng15@mails.ucas.ac.cn

Effects of time-dependent dielectric breakdown reliability of 130 nm partially depleted SOI MOS devices exposed to γ-ray

计量

γ射线辐照对130 nm部分耗尽SOI MOS器件栅氧经时击穿可靠性的影响

doi: 10.3788/IRLA201847.0920006

1. 中国科学院新疆理化技术研究所中国科学院特殊环境功能材料与器件重点实验室,新疆乌鲁木齐 830011;

2. 新疆电子信息材料与器件重点实验室,新疆乌鲁木齐 830011;

3. 中国科学院大学,北京 100049

作者简介:
马腾(1988-),男,硕士生,主要从事微纳器件辐射效应与加固技术方面的研究。Email:mateng15@mails.ucas.ac.cn

English Abstract

Effects of time-dependent dielectric breakdown reliability of 130 nm partially depleted SOI MOS devices exposed to γ-ray

全文HTML

目录

留言板

γ射线辐照对130 nm部分耗尽SOI MOS器件栅氧经时击穿可靠性的影响

doi: 10.3788/IRLA201847.0920006

作者简介: 马腾(1988-),男,硕士生,主要从事微纳器件辐射效应与加固技术方面的研究。Email:mateng15@mails.ucas.ac.cn

Effects of time-dependent dielectric breakdown reliability of 130 nm partially depleted SOI MOS devices exposed to γ-ray

计量

出版历程

γ射线辐照对130 nm部分耗尽SOI MOS器件栅氧经时击穿可靠性的影响

doi: 10.3788/IRLA201847.0920006

1. 中国科学院新疆理化技术研究所 中国科学院特殊环境功能材料与器件重点实验室,新疆 乌鲁木齐 830011; 2. 新疆电子信息材料与器件重点实验室,新疆 乌鲁木齐 830011; 3. 中国科学院大学,北京 100049

作者简介: 马腾(1988-),男,硕士生,主要从事微纳器件辐射效应与加固技术方面的研究。Email:mateng15@mails.ucas.ac.cn

English Abstract

Effects of time-dependent dielectric breakdown reliability of 130 nm partially depleted SOI MOS devices exposed to γ-ray

全文HTML

目录

作者简介:
马腾(1988-),男,硕士生,主要从事微纳器件辐射效应与加固技术方面的研究。Email:mateng15@mails.ucas.ac.cn

1. 中国科学院新疆理化技术研究所中国科学院特殊环境功能材料与器件重点实验室,新疆乌鲁木齐 830011;

2. 新疆电子信息材料与器件重点实验室,新疆乌鲁木齐 830011;

3. 中国科学院大学,北京 100049

作者简介:
马腾(1988-),男,硕士生,主要从事微纳器件辐射效应与加固技术方面的研究。Email:mateng15@mails.ucas.ac.cn