背柵偏置對不同溝道長度PDSOI晶體管總劑量損傷規律及機理研究

王海洋 鄭齊文 崔江維 李豫東 郭 旗

1（中國科學院新疆理化技術研究所 中國科學院特殊環境功能材料與器件重點實驗室新疆電子信息材料與器件重點實驗室 烏魯木齊 830011）

2（中國科學院大學 北京 100049）

SOI（Silicon-On-Insulator）工藝是指在頂層硅和背襯底之間引入一層隱埋氧化層（Buried Oxide，BOX）。通過在絕緣體上形成半導體薄膜，使SOI工藝具備全介質隔離、寄生電容小、速度快等優勢［1-2］。特殊的全介質隔離及超薄有源區結構使SOI工藝具備很強的抗單粒子閂鎖、單粒子翻轉等瞬時輻射的能力［3］，在航天任務中有重要應用價值［4-6］。但是由于特殊BOX的存在，SOI器件面臨更為復雜的總劑量輻射效應（Total Ionizing Dose，TID），除了與體硅器件一致的柵氧化物與隔離氧化物輻射損傷，輻射在BOX層引入陷阱電荷同樣導致器件電參數退化。總劑量效應是SOI器件輻射環境應用需要解決的關鍵問題［7］。

由于背柵的存在，SOI器件存在新的總劑量效應加固途徑。對于全耗盡SOI器件，利用正背柵耦合效應，可通過施加背柵偏置電壓補償輻照導致器件參數退化［8］。另一方面，輻照過程中施加背柵偏置還可影響輻射感生陷阱電荷物理過程［9］。背柵偏置改變BOX層電場強度及方向，BOX層電場強度決定了輻射引入載流子的逃逸率，而電場方向則影響空穴在氧化物中的輸運過程［10］。

本文以部分耗盡絕緣體上硅金屬氧化物半導體場效應晶體管（Partily Depleted Silicon-On-Insulator Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors，PD-SOI）為研究對象，研究了輻照過程中施加背柵偏置對不同溝道長度SOI器件輻射引入陷阱電荷物理過程的調控規律及機理。……