关于22纳米FD-SOI NMOSFET在X射线照射下器件变异性的深入研究

《IEEE Transactions on Nuclear Science》：An In-Depth Study on Device Variability in 22 nm FD-SOI NMOSFETs Under X-ray Exposure

电离辐射剂量导致22nm FD-SOI NMOS晶体管阈值电压负偏移与分布展宽，但维持1/√WL定律；偏置条件影响显著（Off-Stress > Work-Mode > Power-Off），电压漂移率达9-47%，迁移率主导效应较弱；建立包含POisson分布BOX陷阱电荷与偏置静电耦合的剂量模型，揭示面积效应主导机制。

　　

摘要：

实验量化了总电离剂量（TID）对22纳米FD-SOI NMOS晶体管器件间变异性的影响。在研究了十种W/L几何结构、两种器件类型（RVT、LVT）以及三种辐照偏置条件（无应力状态、工作模式、关机状态）后，每种几何结构下选取了80个器件，共计4800个晶体管，将其暴露在300 krad(SiO2)的辐照剂量下，随后对其进行了特性分析。通过Pelgrom图分析了Vth和电流系数β的变化。结果表明，TID使Vth值整体降低并使其分布范围变宽，同时保持了1/√WL的规律性；AVth值根据偏置条件和器件类型的不同增加了约9%至47%，其中无应力状态下的变化最为显著，其次是工作模式，最后是关机状态。相比之下，β值的平均漂移接近零，方差增长也较为温和（通常≤20%），表明其变化主要由迁移率驱动。尺寸效应分析进一步证实了这一现象：小尺寸器件的方差变化最大，而大尺寸器件的方差变化则趋于稳定。研究人员建立了一个考虑剂量效应的Pelgrom模型，在AVth中加入了一个与TID相关的项，该项将泊松分布的BOX陷阱电荷与偏置相关的静电耦合效应联系起来，从而解释了观察到的偏置效应和尺寸依赖性变化。