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随着空间技术和集成电路技术的快速发展,半导体器件和集成电路的辐照损伤受到愈来愈多的关注。其中,金属氧化物半导体(Metal-Oxide-Semiconductor,MOS)器件的总剂量辐照损伤效应对电路的影响极其严重,因此,MOS器件的抗辐射加固一直是集成电路设计中的重要课题。传统的抗辐射加固技术主要依赖于辐照试验,但该研究方法成本高、耗时长,给抗辐射加固研究工作造成很大困难。近年来在半导体器件的辐照效应研究领域中,将软件模拟与理论分析相结合,建立半导体器件的辐照效应数字模型,利用仿真方法来指导抗辐射加固设计工作,能够显著降低成本、缩短产品研制周期。然而,建立精确的器件数字模型是该仿真技术的基础。因此针对传统MOS总剂量效应模型中由于简化影响因素导致模型存在的精度问题,本文提出一种考虑辐照剂量率的MOS器件的总剂量辐照效应模型,提高了模型的适应性和精度。本文针对MOS器件总剂量效应建模开展了以下工作:(1)分析现有总剂量效应建模方法。通过研究建立MOS器件简化总剂量效应模型的原理,对现有的MOS器件总剂量辐照试验进行仿真预测,发现简化模型由于没有考虑辐照剂量率的影响,模型仿真的结果与试验结果不匹配,说明基于简化总剂量辐照物理过程建立的模型无法准确的表征器件不同辐照剂量率下的总剂量辐照效应。(2)基于两阶段模型分析辐照剂量率效应。通过研究MOS器件内部氧化层中带电粒子的形成机制和运动状态,分析辐照剂量率与氧化层电场的依赖关系。研究发现在较高辐照剂量率下,因为氧化层陷阱电荷在界面处快速累积而形成静电屏障,该静电屏障会影响氧化层中内电场的强度,从而影响电子空穴对逃逸概率的大小。因此本文中建立了电子空穴逃逸概率与辐照剂量率数字模型。(3)建立考虑辐照剂量率影响的MOS器件总剂量效应模型。基于MOS器件总剂量效应的物理过程,研究辐照剂量率在总剂量辐照过程中对辐照诱导电荷的影响。本文从辐照诱导的氧化层陷阱电荷和界面态陷阱电荷出发,对MOS器件总剂量效应建立数值模型。并通过基于Sentaurus TCAD仿真对所提出的模型进行理论验证。(4)设计总剂量辐照试验验证模型。首先是总剂量效应辐照试验,试验提取了样品辐照后的阈值电压随辐照总剂量的变化,以验证本文提出的总剂量效应模型。其次设计了不同辐照剂量率下的总剂量效应辐照试验,将模型预测结果与试验结果比较,以验证本文所提出的考虑辐照剂量率的总剂量效应的模型的实用性和适用性。通过以上工作,本文提出的考虑辐照剂量率的总剂量效应模型解决了简化模型中没有考虑辐照剂量率影响的问题。利用总剂量辐照效应试验和不同辐照剂量率下的总剂量辐照效应试验对模型进行验证,证明了所提出的考虑辐照剂量率的总剂量辐照效应模型有较高的精确度和良好的适应性。