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SOI/CMOS器件建模研究与模型参数提取

作　者: 滕浙乾
导　师: 孙锁林
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 软件工程
关键词: SOI CMOS 体接触 器件模型 参数提取 电离辐射总剂量效应(TID) 验证电路
分类号: TN386
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 236次
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内容摘要


本文对PD SOI CMOS器件的各种物理效应、模型和模型参数提取进行了深入研究,并通过分析总剂量效应对半导体器件的影响,探讨如何将其模型化。论文主要工作与成果如下:1、根据部分耗尽SOI MOS器件特点,设计器件测试结构和测试条件,确定提取策略和验证方法,最终完整提取适用的0.5μm SOI CMOS SPICE模型的I-V和C-V参数,为0.5μm SOI CMOS工艺平台的建设提供技术支撑,为抗辐射电路设计提供更高精度的仿真模型,提高辐射加固设计成功率。2、本文采用0.5μm SOI工艺下的BTS型体接触NMOS和PMOS器件测试结构,完成了测试器件和验证电路的版图设计,流片后,用探针台和Agilent4156C参数测试仪实现了器件的圆片级参数测试,利用MBP软件进行参数提取,最后用实际验证电路对提取的模型参数进行了验证。本文完成了0.5μm SOI CMOS SPICE模型参数提取和验证工作。通过单个反相器、100级反相器链,101级环振电路与210分频电路和一个大规模的SRAM电路来验证了提取的模型参数的有效性和实用性。本文完成了模型参数提取的全过程,提供了经过验证可以实用的0.5μm SOI CMOS SPICE模型参数,证明已掌握提取SOI SPICE器件模型DC参数与AC参数的能力,且DC模型参数误差控制在3%以内,完全达到课题的工程目标5%。分析电离辐射总剂量效应(TID)的物理机理并研究国际上TID建模研究的最新成果,得出可以应用于当前TID效应加固设计的建模方法,并为以后建立更高精度的器件辐射模型指明研究方向。另外针对TID一般只影响器件的直流特性的特点,可以依据辐照试验后的结果,重新提取模型参数,用简单修改参数的方法解决TID效应致使原来模型不准的问题。对于工作在特定环境中可以有效预估辐射剂量的芯片来说,此方法基本可以解决设计中的可靠性问题。同样,模型的准确度有待于辐照后的数据来验证。

全文目录


摘要  10-11
ABSTRACT  11-12
第一章 绪论  12-22
  1.1 课题研究背景和意义  12-13
  1.2 SOI工艺概述  13-16
    1.2.1 SOI技术特点  13-14
    1.2.2 SOI硅材料片制备技术  14-15
    1.2.3 SOI器件研究  15-16
  1.3 SOI MOSFET SPICE模型  16-19
    1.3.1 MOSFET SPICE模型简介  16-18
    1.3.2 国内外SOI SPICE器件模型参数提取技术研究现状  18-19
  1.4 SOI的总剂量效应（TID）  19-20
  1.5 本文的组织结构  20-22
第二章 SOI MOSFET 器件物理研究  22-31
  2.1 SOI 的器件结构特点  22-24
  2.2 PD SOI MOS器件特性  24-27
    2.2.1 浮体效应  24-26
    2.2.2 自加热效应  26
    2.2.3 背栅效应  26
    2.2.4 SOI器件的瞬态浮体效应和瞬态特性  26-27
  2.3 抑制PD SOl MOS器件浮体效应的技术  27-30
    2.3.1 体接触技术  27-29
    2.3.2 工艺技术  29-30
  2.4 本章小结  30-31
第三章 BSIM3-SOI PD模型研究  31-45
  3.1 BSIM3-SOI PD模型概述  31
  3.2 PD SOI MOS I-V模型  31-34
    3.2.1 浮体作用和有效体电位  32
    3.2.2 高体电位(Vbs)区的阈值电压  32-34
  3.3 体电流模型  34-38
    3.3.1 二极管和寄生BJT电流  34-36
    3.3.2 新碰撞电离电流等式  36
    3.3.3 栅极导致漏极漏电流(GIDL)  36-37
    3.3.4 体接触电流  37
    3.3.5 体接触寄生效应  37-38
  3.4 MOS C-V模型  38-42
    3.4.1 电荷守恒  38-39
    3.4.2 内在电荷  39-41
    3.4.3 源/漏结电荷  41
    3.4.4 外部电容  41-42
    3.4.5 体接触寄生效应  42
  3.5 MOS温度依赖性和自加热效应  42-44
    3.5.1 温度依赖性  43
    3.5.2 自加热效应  43-44
  3.6 本章小结  44-45
第四章 0.5μm SOI CMOS SPICE模型参数提取验证  45-63
  4.1 准备工作  45-47
    4.1.1 模型选择  45
    4.1.2 SOl工艺参数选择  45
    4.1.3 SOI SPICE器件模型参数提取的设备软件准备  45-47
  4.2 SOI SPICE器件模型参数的提取策略、器件结构和测试条件设计  47-52
    4.2.1 提取策略  47-51
    4.2.2 器件结构设计  51-52
    4.2.3 测试条件设计  52
  4.3 0.5μm SOI SPICE模型参数提取  52-60
    4.3.1 0.5μm SOI NMOSFET器件模型参数提取  52-57
    4.3.2 0.5μm SOI PMOSFET器件模型参数提取  57-60
  4.4 模型参数验证  60-62
  4.5 本章小结  62-63
第五章 SOI的总剂量效应建模  63-74
  5.1 SOI中的辐照效应与加固技术  63-65
    5.1.1 SOI工艺的辐射损伤  63-64
    5.1.2 SOI工艺的辐射加固  64-65
  5.2 SOI的电离总剂量效应机理  65-68
  5.3 TID效应的物理建模理论  68-73
    5.3.1 TID效应的物理建模理论[83]  68-71
    5.3.2 一种实现TID快速建模的方法  71-73
  5.4 本章小结  73-74
第六章 结束语  74-75
  6.1 本文工作总结  74
  6.2 未来工作展望  74-75
致谢  75-76
参考文献  76-81
作者在学期间取得的学术成果  81

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 场效应器件
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