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摘要

金属氧化物场效应晶体管作为大规模数字电路的基本单元, 其内部的寄生效应一直以来被认为是影响集成电路在脉冲γ射线辐射环境中发生扰动、翻转以及闩锁的重要因素. 为研究脉冲γ射线诱发N型金属氧化物场效应晶体管内部纵向寄生效应的开启机制, 通过TCAD构建了40, 90以及180 nm 3种不同工艺节点的NMOS晶体管进行瞬时电离辐射效应仿真, 得到了纵向寄生三极管电流增益随工艺节点的变化趋势、纵向寄生三极管的开启条件及其对NMOS晶体管工作状态的影响. 结果表明: 1)脉冲γ射线在辐射瞬时诱发NMOS晶体管内部阱电势抬升是导致纵向寄生三极管开启的主要原因; 2)当纵向寄生三极管导通时, NMOS晶体管内部会产生强烈的二次光电流影响晶体管的工作状态; 3) NMOS晶体管内部纵向寄生三极管的电流增益随工艺节点的减小而减小. 研究结果可为电子器件的瞬时电离辐射效应机理研究提供理论依据.

关键词:

Abstract

The parasitic effect inside metal oxide field effect transistor regarded as the basic structure of large scale digital circuits, has long been considered as an important factor affecting the disturbance, upset and latchup of integrated circuits in pulsed γ-ray radiation environment. To investigate the turn-on mechanism of vertical parasitic effect in NMOSFET induced by pulsed γ-ray radiation, the 40 nm, 90 nm and 180 nm NMOSFET device models are constructed by TCAD and the normal electrical characteristics are calibrated. The trend of vertical parasitic triode current gain, the turn-on conditions of vertical parasitic triode and their influence on working state of NMOSFET are obtained. The simulation results are shown below. 1) The disturbance of well potential inside NMOSFET induced by pulsed γ-ray radiation is the main reason for the turn-on of vertical parasitic triode. 2) When vertical parasitic triode is turn-on, the large secondary photocurrent will be generated inside NMOSFET which will affect the working state of the transistor. 3) The current gain of vertical parasitic triode in NMOSFET decreases with the technology node decreasing. The results provide a theoretical basis for studying the transient ionizing radiation effects of electronic devices.

Keywords:

作者及机构信息

1. 通信作者:李俊霖,lijunlin@nint.ac.cn

基金项目:国家自然科学基金(批准号: 11835006)资助的课题

Authors and contacts

1. Corresponding author:Li Jun-Lin,lijunlin@nint.ac.cn

Funds:Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 11835006)

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参考文献

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施引文献

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工艺节点 λ/nm	沟道长度 L/nm	沟道宽度 W/nm	源漏掺杂 /cm³	晕掺杂 /cm³	多晶硅掺杂 /cm³	阈值掺杂 /cm³	漏电掺杂 /cm³
40	40	120	2 × 10²⁰	1.5 × 10¹⁹	2 × 10²⁰	7.5 × 10¹⁸	7.5 × 10¹⁸
90	80	200	2 × 10²⁰	1 × 10¹⁸	2 × 10²⁰	8.2 × 10¹⁸	8 × 10¹⁸
180	180	540	1 × 10²⁰	8 × 10¹⁷	1 × 10²⁰	8 × 10¹⁸	7 × 10¹⁸

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