PDF《利用等时退火法预估等温退火效应实验研究》

利用等时退火法预估等温退火效应实验研究 何宝平 王桂珍 龚建成 罗尹虹 李永宏 (西北核技术研究所,西安市 !" 信箱六室 #$%!$&) ('%%' 年$$ 月'' 日收到;

'%%& 年$月(日收到修改稿) 对电离辐照损伤后的 )*+ 器件的等温和等时退火特性进行了研究, 结果发现, 首先, $%%,等温退火是有效的, 等时退火所需的全过程时间最短;

其次, - .

/ 栅偏压退火相对于 %/ 和浮空偏置条件, 阈值电压恢复速度快、 恢复 程度大;

最后, 利用等时退火数据对等温效应进行了理论预估, 实验等温曲线和预估结果吻合得较好0 关键词:等温退火,等时退火,)*+ 器件 1,!$#%2 $3 引言许多研究表明 [$―&] , )*+ 器件和电路的辐照效 应受到辐照剂量、 剂量率、 偏置、 温度以及工艺条件 的影响0当人们研究 )*+ 器件辐射后效应时, 一般 会考虑到目前的美军标 )456+78 ((& 方法 $%$"39 和 欧控 局1+2''"%% 测试方法, 这两种方法都包含$!(:$%%,以探测可能的 "反弹" 效应的等温退火0 在$%%,的温度下, 一方面氧化物陷阱电荷发生退火, 另一方面界面态发生积累, 界面态的积累导致迁移 率的降低和 ;

沟阈值电压发生正向漂移0 早期的研 究表明 [9] , 在$%%,的温度下, 氧化物陷阱电荷的退 火被加速, 界面态电荷发生积累, "反弹" 实验温度的 选择要求低于界面态发生退火的温度 [., !]

0 另外, 从 以前的文献中发现: $) 界面态电荷的退火特性依赖 于器件的工艺过程 [.] ;

') 在$%%,的温度下观察到界 面态的退火现象 [#] ;

&) 界面态退火温度随辐射剂量 的增加而降低 [!]

0 本文主要研究被实验器件辐照后 的退火效应 (包括 '.―'.%,等时和 $%%,的等温) , 并研究利用等时退火法预估等温退火效应的可能 性0这种方法, 只适用于氧化物陷阱电荷起主导作用 的)*+ 器件, 对某些辐射效应主要由界面态引起的 电路来说, 这种方法并不适用0 '3 数学模型 $%&% 等温退火基本方程 等温退火是在恒定温度下, 测量与氧化物陷阱电 荷相关的电参数与时间的关系0我们将模型简单化: 复合概率设为常量, 并忽略电荷逃离陷阱后再次被俘 获的概率0陷阱电荷与时间的关系可由下式表示: !! (") , ($) 式中 " 为退火时间;

! ( ") 为一密度函数, 这里 ! ( ") 与正陷阱电荷密度成正比0对($) 式进行积分, 得到 ! (")= ! (%) ?>! " , (') 式中! 定义为单位时间内, 一个被俘获的陷阱电荷 逃离陷阱的概率, 它遵循 2@@:?ABCD 等式 ! = "?EF (> #G$%) , (&) 式中 $ 为玻尔滋曼常数;

% 为退火温度, 单位为开 尔文;

"为频率因子;

# 为陷阱电荷的激发能, ?/0 在恒定温度下, 密度随时间指数下降, 可以用归 一化等温函数表示 & (")= ! (") ! (%)= ?EF (>!") , (9) 式中 ! (%) 为"=%时的初始密度0 单从等温退火试验的角度, 在上述假设成立的 基础上, 通过上述的几个等式, 能够得出两种不同温 度的释放时间常数, 进而得到陷阱电荷的物理参数0 这种方法已被 )HI:J@K?@ [(] 等用来预估 )*+ 晶体管 几种温度下的长期行为0 $%$% 等时退火的基本方程 在等时退火试验中, 样品的温度近似线性增长, 在不同的温度下, 测试相关参数0 此时, % 不是一个 常量, 而是时间的函数0将(&) 式代入 (') 式, 得到 ! (%)= ! (%) ?EF >" ! " % ?EF > # $% ("L ( ) ) ?!!-@双互补对 >A? B,N*? O P,?I Q A #" $%