И. Г. ЧЕРКАСОВ, Е. Н. ПЕТЯКШЕВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
МОДЕЛИРОВАНИЕ ДОЗОВЫХ ЭФФЕКТОВ
В N-КАНАЛЬНЫХ МОП ТРАНЗИСТОРАХ
Приведены результаты моделирования влияния дозовых эффектов на вольтамперные характеристики n-канальных МОП транзисторов.
В связи с увеличением степени интеграции микросхем, а следовательно уменьшением размеров транзисторов на кристалле, влияние радиационных эффектов, таких как ионизирующего излучения, тяжелых частиц и др., на приборы, находящиеся в условиях увеличенного радиационного фона (бортовая электроника самолетов, спутников), становится особенно критично.
Моделирование влияния дозовых эффектов на вольтамперные характеристики n-канальных МОП транзисторов проведено с помощью программных средств ISE-TCAD. При моделировании для оценки деградации параметров транзистора, вызванной действием радиации, применялась следующая формула, описывающая модель генерации электронно-дырочных пар под воздействием ионизирующего излучения [1,2]:
,
где Gr - темп генерации электронно-дырочных пар; E – электрическое поле; D – величина дозы излучения; g0 – постоянная генерации электронно-дырочных пар; E0 , E1 и m – константы для данной модели. Учитывалась первичная рекомбинация электронно-дырочных пар и их захват на ловушки диэлектрика и полупроводника. При моделировании дозовых эффектов важно учесть влияние на характеристики транзистора индуцированного заряда в диэлектрике, особенно в подзатворном слое диэлектрика. Для обеспечения корректности моделирования путем решения уравнений внутри области диэлектрика, описывающих захват электронов и дырок ловушками, для временного анализа, область диэлектрика была определена в качестве широкозонного полупроводника с соответствующей корректировкой параметров в программе DESIS.
В результате моделирования влияния ионизирующего излучения суммарной дозой от 0 до 2 Мрад были получены вольтамперные характеристики n-канальных МОП транзисторов, выполненных по технологии 0,25 мкм при напряжении на стоке Uс = 1 В и = 2 В. Стокозатворные характеристики при Uс = 2 В для дозы 50 крад и 2 Мрад представлены на рис.1.
Рис.1. Стокозатворная характеристика n-МОП транзистора
0,25 мкм при Uс = 2 В
Для n-канальных 0,25 мкм МОП транзистора при напряжении на стоке Uc = 2В до дозы 40 крад изменений не наблюдалось. При дозе 50 крад наблюдается незначительная деградация параметров транзистора: уменьшение крутизны на 2% и порогового напряжения на 3%. При достижении дозы в 1 Мрад уменьшение крутизны и порогового напряжения составляет уже 12% и 27% соответственно. Для напряжения Uc = 1 В изменения не наблюдались до дозы 100 крад. Далее до 1,7 Мрад произошли незначительные изменения характеристики в пределах 3%. При достижении дозы 2 Мрад уменьшение крутизны и порогового напряжения составило 5% и 8%, соответственно.
Список литературы
1. Physics in DESIS ISE TCAD Release 7.0. pp. 12.234-12.243.
2. Kung P., Chui W. Radiation models to VLSI. MA: Kluwer, 1998.
3. Goldman V. J., Tcui D. C. Phys. Rev. Lett. 1987. - Vol.58. - №12.- pp .
4. Wei T., Staplenton S. J. Apl. Phys. 1995. Vol.77. -№8. –pp. .
