SOI双极晶体管电子及γ射线辐射效应研究

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绝缘体上硅(SOI)技术完全消除了体硅集成电路中的Latch up效应,且具有良好的抗单粒子翻转和抗瞬时剂量率能力,广泛应用于军事和航空领域。然而,额外的埋氧层在空间等特殊的辐射环境下会增加辐射引入大量的辐射感生陷阱电荷的可能性,加剧SOI器件的总电离剂量效应,给SOI技术在抗辐射加固领域中的继续前行带来极大的阻碍。本文以两款双极晶体管为研究对象,研究了两款器件在1 Me V高能电子辐照和两种不同剂量率的60Coγ射线源辐照试验作用下的辐射效应及损伤机制,探究SOI技术对于双极晶体管抗辐射损伤的影响,并探究部分器件结构参数对SOI双极晶体管抗辐射性能的影响。在1 Me V电子辐照条件下,两款双极晶体管的电性能都随累积辐照注量发生较大程度的退化。对于PNP型双极晶体管,当辐照注量大于5×10130)?(88)~2时,体硅PNP型双极晶体管的电性能退化程度大于SOI PNP型双极晶体管;对于NPN型双极晶体管,体硅NPN型双极晶体管的电性能退化程度略大于SOI NPN型双极晶体管。上述双极晶体管在在1 Me V电子辐照作用下产生的均是电离缺陷,且均为界面态占主导。高低剂量率60Coγ射线研究结果显示,随着辐照剂量的增加,两款双极晶体管的电性能都存在不同程度的退化,且大都存在低剂量率增强效应,只有体硅NPN型双极晶体管不存在低剂量率增强效应。结合DLTS图谱,发现在高低剂量率60Coγ射线辐照作用下两款器件内部产生的都是电离缺陷,且多为界面态缺陷电荷占主导。在60Coγ射线辐照条件下,对于PNP型双极晶体管,体硅PNP型双极晶体管的抗60Coγ射线能力更强,对于NPN型双极晶体管,SOI NPN型双极晶体管的抗60Coγ射线能力更强。发射极宽度对SOI双极晶体管抗1 Me V电子辐照能力无影响,对SOI双极晶体管抗γ射线辐照能力有影响,随器件发射极宽度增加,SOI双极晶体管抗γ射线辐照能力先增加后减小,其中发射极宽度为EM2时SOI双极晶体管抗γ射线辐照能力最强;发射极结构对SOI双极晶体管抗1 Me V电子和100rad/s 60Coγ射线辐照能力无影响,其中发射极长度为整长Y的SOI双极晶体管的抗10mrad/s 60Coγ射线效果较好;深沟槽宽度对SOI双极晶体管抗1 Me V电子辐照能力无影响,对SOI双极晶体管抗γ射线辐照能力有影响,随器件深沟槽宽度增加,SOI双极晶体管抗γ射线辐照能力先增加后减小,其中深沟槽宽度为TR2时SOI双极晶体管抗γ射线辐照能力最强。
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