硅基MOS器件的电离辐照效应分析的综述报告

硅基MOS器件的电离辐照效应分析的综述报告硅基MOS器件（Metal-Oxide-Semiconductor, 金属-氧化物-半导体）是当前集成电路中最常见的器件之一，然而在卫星、飞机等高能辐射条件下

MOS 硅基器件的电离辐照效应分析的综述报告 硅基MOS器件（Metal-Oxide-Semiconductor,金属-氧化物-半 导体）是当前集成电路中最常见的器件之一，然而在卫星、飞机等高能 辐射条件下，MOS器件的可靠性会受到很大的影响。电离辐照是造成器 件故障、可靠性损失的一个重要原因之一。因此，对MOS器件电离辐照 效应的研究是十分必要的。 MOS器件在其正常工作环境下会受到各种辐射，包括自然辐射、工 作环境辐射、可控核反应器（CANDU）辐射等。这些辐射都会导致硅晶 体中的电子和空穴产生平均能量达到MeV级别的电子、中子等。这种高 能辐射能够对MOS器件构成氧化物层、表面性能和电学特性等方面造成 较为严重的损害。在器件中，辐照所产生的额外电荷密度会导致场效应 晶体管（MOSFET）中的自由磁致敏感（MIS）电容、阈值电压、漏电 流、迁移率等性能发生变化，严重时会使器件失效。 对于MOS器件电离辐照效应的研究，可以从电离效应的分类、辐 照加速实验和机理分析三个方面进行综合分析。首先，电离效应按照性 质划分可分为电离剂量效应和粒子能量效应。其中，电离剂量效应是指 辐照产生的总电离剂量所造成的效应，而粒子能量效应则是指外加粒子 的能量对器件敏感性的影响。其次，辐照加速实验能够在较短时间内提 高器件所受到的辐射水平，加速器件失效，从而进一步验证辐照对器件 的影响。最后，则是能够更好地揭示电离辐照的机理，包括闪烁计数 法、电荷引出干涉仪法、电子顺迁韧致前方关联随机游走模拟等。 目前，国内外学者已经进行了大量的研究，并在此基础上提出一系 列解决方案，例如利用钝化剂降低MOSFET的漏电流、采用特殊工艺增 强MOSFET的阈值电压和抗辐照能力等。此外，新型器件结构的设计也 成为降低电离辐照效应的一种有效方法，如采用SOI（Siliconon Insulator）硅片替代传统的IC制造工艺、设计特殊的电流采样电路以改 善器件对辐照的抗干扰性等。