对带口袋的阶梯形异质介质双栅结构（SSHDDGP）隧道场效应晶体管（TFET）中重离子诱导辐射效应的研究

《Micro and Nanostructures》：Investigation on Heavy Ion Induced Radiation Effects in Step Shape Hetero-Dielectric Double-Gate with pocket (SSHDDGP) TFET

重离子辐照下异质双栅TFET性能分析，揭示沟道区域最敏感，不同入射角（0°-90°）和线性能量转移（LET）导致电荷密度、收集电荷及瞬态电流显著变化，比较文献结果验证器件可靠性。

　　

Niraj Kumar | Aryan Sarthak | K. Raju | Rajesh Saha

电子与通信工程系，印度西尔查尔国立技术学院，Cachar-788010

摘要

重离子照射会导致半导体器件产生单次事件瞬态漏电流。本研究重点介绍了在重离子作用下的阶梯形异质介质双栅极TFET（SSHDDGP）的性能。报告了重离子撞击SSHDDGP TFET五个不同位置时的效应，发现沟道区域最为敏感。我们测量了不同线性能量传递（LET）范围内的重离子电荷密度、收集的电荷以及瞬态漏电流。较高的LET值会导致重离子电荷密度和瞬态电流的增加。此外，还测量了重离子在不同入射角度（0°、30°、60°和90°）下的这些参数。最后，将SSHDDGP TFET由于重离子引起的瞬态漏电流与文献中的结果进行了比较。

章节摘录

引言

在摩尔定律的指导下，半导体技术的持续进步主要依赖于金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的几何缩放。然而，随着器件尺寸进入深纳米范围，这种传统的缩放方法遇到了被称为“功率墙”的重大挑战[1]。这一问题的根源在于MOSFET的载流子注入机制——热电子发射，这带来了根本性的物理限制。

器件结构与仿真方法

图1展示了阶梯形异质介质双栅极TFET（SSHDDGP）的二维截面图。由于栅极介质层厚度不均匀，该结构呈阶梯状。为了提高隧穿速率，在源极/沟道结处采用了低介电常数（k值低）的高k值栅极介质层（HfO?），并在源极区域插入了n?型口袋结构。在漏极/沟道结附近使用了高介电常数（k值高）但厚度较大的栅极介质层（SiO?），以减少电流的流动。

结果与讨论

图4显示了离子撞击前后电势随距离的变化情况。可以看出，离子撞击后源极/沟道结处的电势降低，因此需要更低的栅极偏压或阈值电压来驱动器件。这种行为的根本机制是离子与半导体晶格相互作用产生的电子-空穴对。由于重离子具有较高的LET，它们会沉积大量能量。

结论

分析了阶梯形异质介质双栅极TFET（SSHDDGP）在不同位置对重离子辐射的敏感性，发现沟道区域最为敏感。当重离子撞击沟道区域时，器件的逻辑状态会从关断（OFF）变为导通（ON）。随着入射角度从90°减小到0°，重离子辐射的影响减弱。重离子入射角度的增加会导致收集的电荷以及瞬态电流的增加。

作者贡献声明

Rajesh Saha：撰写初稿、监督研究工作、进行实验分析。 Aryan Sarthak：进行实验分析、进行正式数据分析。 K. Raju：负责数据可视化及软件实现。 Niraj Kumar：负责软件开发、研究方法设计及正式数据分析。

利益冲突声明

我们与任何组织或实体均无财务利益关联（例如酬金、教育资助、演讲活动参与、会员资格、雇佣关系、咨询服务、股权持有或其他权益；以及专家证词或专利许可安排），也没有非财务利益关系（例如个人或职业关系、隶属关系、知识或观点），这些都与本手稿讨论的主题或材料相关。

我代表其他作者声明：