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研究发现PMOS剂量计的探头(对辐射敏感的P型场效应晶体管,简称RADFET)在低剂量率辐射环境中会出现辐射敏感性增强效应(Enhanced low dose ratesensitivity,简称ELDRS)。由于在实验室进行RADFETs标定时采用的是较高的剂量率,ELDRS效应会导致器件在实际空间低剂量率环境中的辐射响应与地面实验室标定结果之间存在差异,严重降低了剂量计空间测量结果的准确性。因此,对PMOSFETs器件的ELDRS效应及其机理进行深入的研究是非常必要的。本文选取了十种国内外不同结构、不同工艺的PMOSFETs器件,进行了高、低剂量率的辐照,室温和高温退火的对比研究。利用亚阈分离技术考察了氧化物陷阱电荷和界面陷阱电荷对器件剂量率效应的影响。主要结论如下:
PMOSFETs器件中确实存在ELDRS效应;但是,这一现象仅出现在一定的剂量率范围内,而且受到偏置条件的影响。结构和工艺的差异,导致不同型号器件,在不同的偏置条件下,表现出了不同的剂量率效应。引入了损伤增强因子K表征相同型号器件在不同偏置条件下ELDRS效应的程度,结果表明,器件型号不同,偏置的影响也不一样。实验中表现出的所有不同的剂量率效应,都可归结为氧化物陷阱电荷的产生、退火和界面陷阱电荷的产生,这三者的相互竞争。
亚阈分离的结果表明,高剂量率辐照时产生的氧化物陷阱电荷要远大于低剂量率;界面陷阱电荷要远小于低剂量率。而且,氧化物陷阱电荷在室温下仅有部分退火,高温150℃时也没有退完;界面陷阱电荷在室温退火中出现后生长,并且在高温退火初期会大量产生;150℃时,有少量的界面陷阱电荷退火。在高剂量率辐照和室温退火后,氧化物陷阱电荷表现出时间相关效应(Time-dependent effect,简称TDE);界面陷阱电荷在一定的剂量率范围内表现出ELDRS效应。而且,负偏电场抑制氧化物陷阱电荷的退火,阻碍界面陷阱电荷的产生。参考界面态增强模型,得出PMOSFETs器件的ELDRS效应是因为不同剂量率辐照时,在界面处产生阻碍H+向界面处输运电场的快慢和强度不同,导致了不同剂量率辐照下界面陷阱电荷生成量上的差异。