在高电离辐射下使用Pb(Zr_yTi_1-y) O₃的NC-FinFET的设计和分析

科学领域:

• 固态物理 固态物理
• 半导体设备物理 半导体设备物理
• 材料科学 材料科学 材料科学

背景情况:

• 在电离辐射下,由于接口陷电荷增加,晶体管的性能降低.
• 传统的二氧化 (SiO2) 门介电材料容易受到辐射引起的缺陷.
• 开发辐射硬化半导体设备对于太空和国防应用至关重要.

研究的目的:

• 为了研究总电离剂量 (TID) 对负电容 FinFET (NC-FinFET) 的影响.
• 为了评估取代SiO2门氧化物以硫酸 (Pb(Zr_yTi_{1-y}) O3 - PZT) 铁电层的有效性.
• 评估辐射诱导的陷密度及其对设备稳定性和性能的影响.

主要方法:

• 使用先进的3D技术计算机辅助设计 (TCAD) CRad工具进行模拟.
• 对辐射诱导的陷密度的分析 (Vog+, VodH+).
• 在TID下,NC-FinFET与PZT与传统的基于SiO2和HfO2的FinFET进行比较.

主要成果:

• 基于PZT的NC-FinFET显示显著增强了电荷补偿能力,减轻了泄漏电流.
• 在TID之后,NC-FinFET表现出微不足道的门电压 (Vth) 转移 (0.0056%),优异的离子/离子比率 (~10^10) 和改进的下门波动 (SS) (39.9 mV/dec).
• 与基于SiO2 (~10^6 离子/Ioff, 50.4 mV/dec SS) 和HfO2 (~10^7 离子/Ioff, 38.2 mV/dec SS) 的设备相比,PZT NC-FinFET显示出更高的辐射耐受性.

结论:

• 在NC-FinFET中用PZT取代SiO2显著提高了对总电离剂量的辐射硬度.
• PZT层有效地补偿辐射诱导的电荷,改善设备的稳定性和性能指标.
• 拟议的NC-FinFET是对太空和国防电子的关键应用的有希望的辐射强化解决方案.