輻照源對(duì)LVMOS 器件總劑量輻射電離特性的影響*

陶 偉，劉國(guó)柱，宋思德，魏軼聃，趙 偉

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十八研究所，江蘇無(wú)錫 214072）

1 引言

空間環(huán)境中存在X 射線、γ 射線等輻射源，金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）器件總劑量（TID）輻射電離效應(yīng)主要表現(xiàn)為高能光子或離子在氧化物中電離產(chǎn)生大量的離化電荷，而這些離化電荷的能量又會(huì)激發(fā)產(chǎn)生次級(jí)離化電荷，使離化電荷數(shù)量呈雪崩式增長(zhǎng)，從而引起氧化層中陷阱電荷積累，誘導(dǎo)缺陷態(tài)和界面態(tài)的產(chǎn)生，導(dǎo)致器件性能退化，如閾值漂移和漏電[1-3]。

一般抗輻射電路的加固方法主要分為三大類：設(shè)計(jì)加固、版圖加固以及工藝加固。設(shè)計(jì)加固主要包括三模冗余技術(shù)、校驗(yàn)糾錯(cuò)編碼技術(shù)和電荷補(bǔ)充技術(shù)等；版圖加固主要有環(huán)形柵[4]、H 型柵和雙保護(hù)環(huán)加固；工藝加固主要通過(guò)改變柵氧化層的氧化方式[5-7]、氧化層的材料以及摻雜或者離子注入等實(shí)現(xiàn)。其中離子注入被認(rèn)為是最簡(jiǎn)單高效的加固方式，因?yàn)樗粌H與CMOS 工藝兼容，而且較容易控制，能在抗輻照和常態(tài)電學(xué)性能參數(shù)之間達(dá)到良好的折衷。

高能光子或離子入射到材料中與靶材料發(fā)生相互作用的物理機(jī)理主要包括康普頓效應(yīng)和光電效應(yīng)[8-13]。60Co 高能輻射電離效應(yīng)以康普頓效應(yīng)為主導(dǎo)，光子與靶材料原子的外層電子發(fā)生彈性碰撞，康普頓效應(yīng)與原子序數(shù)關(guān)系較小，當(dāng)沒(méi)有原子序數(shù)較大的材料與SiO2相連時(shí)，在Si 和SiO2中60Co 的光學(xué)吸收更加均一，因此不會(huì)出現(xiàn)劑量增強(qiáng)效應(yīng)[8-13]。X 射線輻射電離效應(yīng)則以光子與內(nèi)層電子作用的光電效應(yīng)為主，因?yàn)楣鈱W(xué)吸收與原子序數(shù)緊密關(guān)聯(lián)，光學(xué)吸收均一性差，原子序數(shù)大的材料中產(chǎn)生的光電子會(huì)在原子序數(shù)小的材料中產(chǎn)生能量沉積，所以會(huì)出現(xiàn)劑量增強(qiáng)效應(yīng)[8-13]。……