И. И. ШВЕЦОВ-ШИЛОВСКИЙ, А. А СМОЛИН

Научный руководитель – П. В. НЕКРАСОВ, к. т.н., доцент
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

КРИТИЧНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ КНИ ТРАНЗИСТОРОВ ПРИ ДОЗОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ

Рассматриваются различия в поведении транзисторов, находящихся при дозовом воздействии в разных электрических режимах; определяется наихудший с точки зрения параметров транзистора режим.

В технологии кремний на изоляторе (КНИ) транзисторы формируются в тонком приборном слое кремния, расположенном на слое углубленного оксида (Buried Oxide – BOX) [1]. Однако углубленный оксид выступает в роли подзатворного диэлектрика в присущей КНИ технологии паразитной структуре – донном транзисторе [2]. Радиационно-индуцированный сдвиг порога паразитного транзистора, вызванный накоплением положительного заряда в углубленном оксиде, приводит к увеличению токов утечки транзистора и, следовательно, к увеличению тока потребления микросхемы в целом.

В лаборатории ИЭПЭ НИЯУ МИФИ проведены испытания частично обеденных p - и n-МОПТ КНИ транзисторов с разной длиной затвора (0,6 мкм и 4,8 мкм для n-МОПТ; 0,6 мкм и 7,2 мкм для p-МОПТ) и шириной затвора (1,4 мкм и 4,8 мкм для n-МОПТ; 1,4 мкм и 7,2 мкм для
p-МОПТ). Транзисторы также различались по типу контакта к плавающему телу: транзисторы с независимым контактом к телу и транзисторы с контактом к телу, закороченным с истоком.

Определен сдвиг порога основного и донного транзистора в зависимости от величины накопленной дозы.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Испытания проведены в различных электрических режимах (приведены потенциалы для n-МОПТ транзисторов, для p-МОПТ транзисторов потенциалы инверсные): «ON» – 0В на стоке и истоке, 5В на затворе; «OFF» – 5В на стоке, 0В на истоке и затворе; «TG» (Transmission Gate) – 5В на стоке и истоке, 0В на затворе. На подложку во всех случаях подавался нулевой потенциал.

Было установлено, что наибольший сдвиг порога донного транзистора наблюдается в режиме TG, в особенности для транзисторов с независимым контактом к телу. В связи с этим было проведено дополнительно испытание транзисторов в режиме TG (режим «TG_2») при отрицательном смещении на подложке равным минус 2 В. Для транзисторов с контактом к телу, закороченным с истоком, критичным режимом являлся режим «OFF».

Пример зависимости напряжения порога донного транзистора от значения накопленной дозы приведен на рис.1. Относительные изменения параметров при воздействии 400·103 ед. приведены в таблице 1.


Рисунок 1 – Зависимости напряжения порога донного транзистора с длиной 0,6 мкм и шириной 1,4 мкм от значения накопленной дозы

Таблица 1 – Относительный сдвиг порога транзисторов (МОПТ) для разных режимов

Относительный

сдвиг порога МОПТ

Режим

основного

донного

ON

50%

2,5%

OFF

25%

3%

TG

85%

15%

TG_2

45%

2%

Было установлено, что наихудшим режимом является режим «TG», что особенно проявляется у транзисторов H-типа с независимым контактом к телу. Этот результат объясняется тем, что в режиме Transmission Gate, по сравнению с другими электрическими режимами, имеет место большая по модулю отрицательная напряженность электрического поля в направлении, перпендикулярном границе раздела углубленный оксид - приборный слой [3]. Отрицательное смещение на подложке уменьшает сдвиг порога, так как отрицательный потенциал на затворе донного транзистора снижает ток утечки по обратному каналу, оттягивая радиационно-индуцированные положительные заряды в сторону подложки.

Список литературы


B. Ulicki "SOI Fundamentals", SOI Industry consortium conference, October 2009. J. R. Schwank, V. Ferlet-Cavrois, M. R. Shaneyfelt, P. Paillet, P. E. Dodd "Radiation Effects in SOI Technologies", IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 50, no.3, pp. 522-538, June 2003. V. Ferlet-Cavrois, T. Colladant, P. Paillet, J. L. Leray, O. Musseau, J. R. Schwank, M. R. Shaneyfelt, J. L. Pelloie, J. du Port de Poncharra "Worst-Case Bias During Total Dose Irradiation of SOI Transistors", IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 47, no. 6, pp. 2183-2188, December 2000.