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2016-11-30 閱讀(782)
PMOS輻照檢測(cè)E+E傳感器的研究
對(duì)PMOS輻照檢測(cè)E+E傳感器進(jìn)行研究,以E+E傳感器靈敏度研究為軸線,討論了PMOS輻照檢測(cè)原理和兩種能夠明顯改善E+E傳感器靈敏度的新方法——雙介質(zhì)柵結(jié)構(gòu)和多管級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)。 論文首先對(duì)傳統(tǒng)硅基單管PMOS輻照檢測(cè)E+E傳感器的基本理論進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述,從簡(jiǎn)單的MOS二極管及其輻照效應(yīng)的研究著手,向完整PMOS輻照檢測(cè)E+E傳感器輻照總劑量檢測(cè)原理逐步推進(jìn)。
PMOS輻照檢測(cè)E+E傳感器的研究 分析了柵氧化層厚度、溝道長(zhǎng)度、溝道寬度、溝道摻雜濃度等器件尺寸參數(shù)對(duì)E+E傳感器性能的影響。在此過(guò)程中,一種研究熱載流子失效機(jī)理的方法被進(jìn)行拓展,用來(lái)分析E+E傳感器的輻照檢測(cè)原理,拓展以后的方法同時(shí)考慮了界面態(tài)陷阱電荷與氧化物陷阱電荷的影響,而原方法僅考慮界面態(tài)陷阱電荷的作用。 傳統(tǒng)PMOS輻照檢測(cè)E+E傳感器采用單一的二氧化硅柵結(jié)構(gòu),輻照在柵氧化層中形成氧化物陷阱電荷,在硅-二氧化硅界面處形成界面態(tài)陷阱電荷,這兩種陷阱電荷導(dǎo)致了輻照后閾值電壓的漂移,閾值電壓漂移量越大E+E傳感器的靈敏度就越高。但是這種結(jié)構(gòu)中存在著不可避免的退火效應(yīng),使部分被俘獲的空穴逃逸,閾值電壓的漂移量就不能真實(shí)地反映所吸收的輻照總劑量,E+E傳感器的靈敏度由于退火效應(yīng)而降低。雙介質(zhì)柵結(jié)構(gòu)的E+E傳感器采用Metal-Si3N4-SiO2-Si結(jié)構(gòu),在兩種介質(zhì)膜界面及其附近的Si3N4體內(nèi)存在大量陷阱,這些陷阱足以存儲(chǔ)輻照產(chǎn)生的全部空穴,從而杜絕或減少退火效應(yīng)的發(fā)生,能夠顯著改善E+E傳感器的靈敏度性能。傳統(tǒng)PMOS輻照檢測(cè)E+E傳感器一般采用單管,靈敏度不太高,提高靈敏度的手段主要是增加?xùn)叛趸瘜拥暮穸?在現(xiàn)有的工藝條件下生長(zhǎng)1μm SiO2需要很長(zhǎng)時(shí)間,受柵氧化時(shí)間的限制使用這種方法提升E+E傳感器的靈敏度是有限的。引入新的設(shè)計(jì)方法——多管級(jí)聯(lián),可以有效提高E+E傳感器的靈敏度,同時(shí)不需要增加氧化層厚度。對(duì)E+E傳感器的不同級(jí)聯(lián)方式進(jìn)行研究:共襯級(jí)聯(lián)方式隨著級(jí)聯(lián)管數(shù)的增加,E+E傳感器的平均靈敏度成倍增長(zhǎng),但是其zui大級(jí)聯(lián)管數(shù)受PMOSFET的襯底-漏極二極管的反向擊穿電壓的影響;不共襯級(jí)聯(lián)方式不受級(jí)聯(lián)管數(shù)的制約,但響應(yīng)靈敏度低于同管數(shù)共襯級(jí)聯(lián)方式。研究?jī)?nèi)容的基礎(chǔ)上,論文第五章嘗試對(duì)高靈敏度E+E傳感器進(jìn)行研究,探討高靈敏度E+E傳感器的實(shí)現(xiàn)方法,初步提出高靈敏E+E傳感器的工藝設(shè)計(jì)方法并給出工藝仿真結(jié)果。
