硅離子注入加固SOI材料抗總劑量輻射性能的研究


1.6萬字 38頁 原創(chuàng)作品，已通過查重系統(tǒng)


目錄
摘 要 IV
ABSTRACT V
第一章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 SOI材料簡介 1
1.2.1 SOI材料的結(jié)構(gòu) 1
1.2.2 SOI材料的優(yōu)勢/應(yīng)用 2
1.2.3 SOI材料的制備 3
1.3 SOI器件的總劑量效應(yīng)和加固 5
1.3.1 總劑量輻照效應(yīng)[16] 5
1.3.2 SOI器件的總劑量輻照效應(yīng) 5
1.3.3 SOI器件的總劑量輻照加固 5
1.4 研究背景和本論文的主要研究內(nèi)容 8
第二章 SOI材料的注硅改性和結(jié)構(gòu)表征 9
2.1 引言 9
2.2 SOI材料的抗總劑量加固改性 10
2.2.1 SOI材料的抗總劑量加固方案 10
2.2.2 SOI材料的離子注入改性參數(shù)分析 10
2.2.3 SOI材料的硅離子注入改性 11
2.3 改性SOI材料的結(jié)構(gòu)表征 12
2.3.1 高分辨透射電子顯微鏡（TEM）分析 12
2.3.2 光致發(fā)光譜（PL）分析 13
2.3.3 X射線光電子能譜（XPS）分析 14
2.4 本章小結(jié) 17
第三章 改性SOI材料的總劑量輻照性能表征 18
3.1 引言 18
3.2 總劑量輻照試驗(yàn) 18
3.2.1 Pseudo-MOSFET方法 18
3.2.2 贗MOS樣品制備 21
3.2.3 贗MOS樣品的總劑量輻照測試 22
3.3 分析與討論 27
3.4 本章小結(jié) 29
第四章 結(jié)論 30
參考文獻(xiàn) 31



摘 要
眾所周知，作為集成電路流片的晶圓材料，絕緣體上硅（SOI）相比于體硅材料具有漏電流小、器件速度快、低功耗以及消除了閂鎖效應(yīng)等優(yōu)勢。SOI的介質(zhì)隔離結(jié)構(gòu)使得器件收集電離電荷的敏感區(qū)域和p-n結(jié)區(qū)體積變小，這使得SOI器件在抗單粒子輻照方面具有與生俱來的優(yōu)勢，從而應(yīng)用于航天電子。然而同樣由于SOI的埋氧結(jié)構(gòu)，使得SOI器件在總劑量輻照下的性能惡化，進(jìn)而限制其在航天軍事等方面的應(yīng)用。
本論文我們通過硅離子注入對超薄頂層硅SIMOX材料進(jìn)行了抗總劑量加固的初步研究。我們選擇的超薄SIMOX樣品的頂層硅厚度為50nm和80nm兩種規(guī)格，屬于全耗盡SOI材料。我們已經(jīng)知道全耗盡SOI材料由于更小的敏感體積以及很小的寄生雙極管增益，使得其單粒子翻轉(zhuǎn)和劑量率效應(yīng)都要優(yōu)于部分耗盡SOI器件。但全耗盡器件存在正柵背柵的耦合效應(yīng)，使得其總劑量效應(yīng)更為復(fù)雜和惡劣。
我們通過離子注入和退火工藝對超薄頂層硅SOI材料進(jìn)行了總劑量加固，并且對改性加固的樣品采用XPS，HRTEM，PL譜進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征分析，結(jié)果顯示改性工藝在埋氧層中引入了硅納米團(tuán)簇。進(jìn)而我們通過贗MOS技術(shù)在60Coγ射線輻照下對改性加固的材料進(jìn)行了總劑量輻照性能的測試。結(jié)果證實(shí)硅離子注入的改性工藝能有效提高FDSOI材料抗總劑量輻照能力，尤其是隨著注入劑量的增加，加固效果越加明顯。我們推測之前發(fā)現(xiàn)的納米團(tuán)簇極有可能是深電子陷阱，俘獲電子，中和輻照引入的正固定電荷，減少了閾值電壓的負(fù)漂。
最后我們發(fā)現(xiàn)該改性工藝在對材料加固的同時也引發(fā)了其他問題，比如離子注入工藝會引入初始電荷，高能量的離子注入會給頂層硅帶來極大的損傷，這是下一步需要研究解決的問題。


關(guān)鍵詞：FDSOI；硅離子注入；總劑量輻照效應(yīng)；Pseudo-MOSFET