SOI晶體管和電路的瞬時電離輻射效應研究

杜川華 段丙皇 熊涔 曾超

（中國工程物理研究院 電子工程研究所 綿陽 621900）

瞬時電離輻射效應又稱為瞬時劑量率（Transient Dose Rate，TDR）效應，是指脈沖X或γ射線照射器件通過光電效應和康普頓效應，在器件內部電離出電子-空穴對，在電場作用下電子-空穴對被分離并被PN 結敏感區域內收集后形成瞬態光電流，對器件內部大量節點甚至全局范圍產生影響的輻射效應事件［1-3］。與體硅器件相比較，絕緣硅（Silicon-on-Insulator，SOI）的絕緣埋氧層把器件與硅襯底隔開，隔斷了體硅器件固有的NPNP 四層寄生結構，消除了閉鎖效應（Latch-Up），同時襯底區內產生的電荷不能被器件的結收集，只有頂部硅膜內產生的電荷才能被收集，大大減小了電荷收集體積，顯著降低了光電流幅值。SOI器件的單粒子效應和總劑量效應已有較多研究成果［4-6］，SOI 器件和電路的TDR 輻射效應機理和效應表征與單粒子效應有較大差異，與體硅器件和電路的TDR輻射效應表征也有較大差異［7-8］，目前在SOI晶體管建模仿真方面開展了初步研究［9］，需要深入開展SOI 器件和電路的TDR 效應表征試驗研究以支撐其在輻射環境下的應用。

本文采用激光裝置對SOI和體硅兩種工藝三種類型晶體管開展了不同激光能量下的光電流測試，量化分析了工藝、特征尺寸和激光能量對光電流的影響。采用脈沖γ射線輻射源，開展了SOI微控制器（Micro Control Unite，MCU）電路的TDR 輻射試驗，測試了電路功能、電參數（電流和電壓）和全觸發器鏈狀態，討論了引起SOI 器件和電路輻射效應的主要機制。

1 晶體管激光輻照試驗

1.1 試驗對象

特定波長激光與半導體材料作用可模擬等效X/γ 射線輻射效應［10-12］。……