纳米高k栅CMOS器件的总剂量效应及加固技术研究.docx

学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行研究工作所取得的研究成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容和致谢的地方外，论文中不包含其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得XXXX大学或其他教育机构的学位或其他用途使用过的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。本人学位论文与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。学位论文题目：纳米高k栅CMOS器件的总剂量效应及加固技术研究学位论文作者签名：日期：年月日学位论文知识产权授权书本人完全了解学校有关保护知识产权的规定。即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位为XXXX大学，毕业离校后，结合学位论文研究课题发表的学术论文知识产权单位为XXXX大学。本人授权XXXX大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档；允许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索；可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为XXXX大学。涉密学位论文在解密后适用本授权书。学位论文题目：纳米高k栅CMOS器件的总剂量效应及加固技术研究学位论文作者签名：日期：年月日作者指导教师签名：日期：年月日XXXX大学博士研究生学位论文摘要PAGE\*MERGEFORMAT94PAGE\*MERGEFORMAT93摘要随着空间技术、核科学和微纳电子技术的不断发展，本论文得到国家自然科学基金（批准号：11405270）项目的资助。越来越多的电子器件被广泛应用于航空、航天及战略武器系统中，遭受着恶劣辐射环境的严重考验。辐射环境中的高能粒子和射线射入半导体器件的氧化区，造成电离损伤，产生氧化层陷阱电荷，从而诱发总剂量（TotalIonizingDose，TID）效应。新工艺技术的出现，如绝缘体上硅（SOI）和高k介质层，使得TID成为引起微电子器件性能退化甚至功能失效最主要的辐射效应。本文以高k栅全耗尽SOI（FullyDepletedSOI，FD-SOI）MOSFET和环栅纳米线晶体管（GateAll-AroundNanowireTransistor，GAA-NWT）研究对象，对其总剂量效应以及相应的加固技术进行了深入系统的研究，主要工作及研究结果如下。一、提出了一种线性能量转移（LinearEnergyTransfer，LET）的高斯—对数模型，推导了辐射场中材料吸收剂量的计算表达式，并基于此对高k材料的辐射敏感性进行了分析。基于对大量LET试验数据的分析，通过对对数变换后的LET数据进行高斯函数拟合，得出了计算任意粒子在硅中LET的简化表达式，并在此基础上计算了粒子在硅中射程及Bragg峰值，其计算结果与实验数据吻合较好。提出一种利用LET表达式计算任意初始能量下粒子在硅中Bragg曲线的简化方法，通过使用粒子剩余能量建立起粒子入射深度与LET之间的数学关系，不仅极大地减少了计算耗时，而且与TRIM计算结果吻合度较高。推导了单向平行辐射场和一般辐射场中材料吸收剂量的计算表达式，建立起粒子通量与吸收剂量之间的数学关系，并在此基础上，计算了HfO2与SiO2在相同辐射环境中的吸收剂量之比，定量分析了HfO2对总剂量辐射的敏感性。二、对浮体FD-SOI器件的总剂量（TotalIonizingDose，TID）效应进行了TCAD仿真，并详细分析了浮体FD-SOI器件TID效应的影响因素。利用SentaurusTCAD软件建立了45nm栅长n型FD-SOI器件的三维模型，利用SiO2中的电荷俘获模型对FD-SOI器件氧化区在不同偏置条件下的电荷俘获过程进行了仿真。基于氧化层电荷俘获的结果，对浮体FD-SOI器件的TID效应进行了仿真，并详细分析了TID效应对FD-SOI器件阈值电压、关态漏电流、跨导和亚阈值摆幅的影响。对不同结构浮体FD-SOI器件的TID效应进行了仿真，分析了埋氧层（BuriedOxide，BOX）厚度对TID效应的增强作用、体区厚度和高k栅对FD-SOI器件TID效应的影响。三、提出了浮体FD-SOI器件和体接触FD-SOI器件TID效应的加固技术。针对浮体FD-SOI器件的总剂量效应，提出了基于背栅偏置技术的动态加固方法，通过TCAD仿真验证了方法的有效性，并计算了不同剂量下的背栅修复电平，分析了B