当电子元器件持续暴露于辐射环境时,高能粒子会进入电子器件内。这些高能粒子将会在组成器件的各种氧化物和绝缘体结构内,形成大量陷阱电荷的积累,最终导致器件性能的退化和失效。SOI(绝缘体上硅)结构中,制造的有源器件处于绝缘层之上,实现了集成电路中元器件的介质隔离,具有减小的P-N结面积和电荷收集体积。因此,SOI技术具有更好的抗单粒子效应和抗瞬时剂量率效应的能力,一直以来广泛应用于军事,空间等领域。另外,基于SOI技术的器件和电路与体硅电路相比,具有寄生电容小、集成密度高、速度快、短沟道效应小等优势,这些都使其有可能成为未来的半导体主流技术。但是,电离总剂量辐照环境导致SOI结构的场氧化层和埋氧化层中,俘获了大量的氧化层陷阱电荷,产生了一系列的寄生晶体管结构。因此,这些寄生结构消弱了SOI技术相对于体硅晶体管的优势,采取措施降低这些寄生结构的影响是提高SOI技术的抗辐照性能的重要研究方向。本论文首先研究了SOI MOS器件总剂量辐射效应的机理,在此基础上对项目提供的非加固SOI MOS器件在总剂量辐照实验中的偏置、衬底电流和Kink效应进行了分析;提出了传输态偏置条件下,SOI NMOS器件的背栅阈值电压模型;最后,探索了总剂量和热载流子耦合应力条件下,器件跨导和阈值电压的变化,为进一步研究SOI器件的可靠性以及多种应力条件下的损伤机理提供了参考。其次,对MOS体硅和SOI器件的单粒子效应进行了计算机仿真模拟,结构表面三维单粒子仿真模拟更符合和接近实际情况,最后探索了在总剂量条件下,SOI器件单粒子效应的新趋势。全文研究可以概括为以下四个部分:1.研究了在不同辐照偏置和测量偏置下,未经过抗辐照加固的0.8?m SOI NMOS的总剂量辐射效应,讨论了其辐照响应机制。揭露了在总剂量辐照条件下,SOI NMOS器件三种不同的kink效应,发现传输态偏置是SOI器件的背栅最劣辐照偏置条件。最后,对SOI器件进行了热载流子应力之后的总剂量辐射效应的研究,建立了一种定性描述MOS器件热载流子和辐射耦合效应的跨导模型。2.探讨了通过离子注入技术在埋氧层中注入Si+,以引入电子陷阱来补偿总剂量效应在埋氧层中空穴陷阱俘获的空穴电荷;通过硅岛隔离与LOCOS隔离技术相结合的氧化台面隔离技术,从而实现SOI器件的电隔离;采用H栅体接触结构,消除了晶体管的边缘寄生效应。通过对材料和工艺加固的PD SOI器件的地面总剂量实验,验证了以上的加固措施对器件进行加固的有效性和合理性。3.采用计算机仿真和数值模拟的方法,研究了NMOS器件的单粒子效应。主要包括不同漏极偏置,不同栅长度和不同注入位置下,NMOS器件漏极单粒子瞬态脉冲电流的变化趋势。最后,对单粒子效应电荷收集方式在器件中的产生和消失的物理过程进行了详细的分析。4.研究了SOI MOS器件的寄生双极放大效应,研究了线性传输能量值(LET)和单粒子注入位置等关键重离子参数,对PD SOI器件和FD SOI器件的寄生双极放大效应的影响,并对两种SOI结构的仿真结果进行了比较。研究了二维和三维SOI器件的单粒子效应,以及SOI NMOS器件,在总剂量辐照条件下的单粒子效应。结果表明:随着总剂量水平的增加,器件在同等条件的重离子注入下,所产生的最大漏极电流的脉冲变化较小,只是稍有增大,但是漏极收集电荷随总剂量水平增加的幅度较大。