【摘 要】
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相较于传统体硅器件,绝缘体上硅（silicon on insulator,SOI）器件以其更小的寄生电容,更低的功耗,抗闩锁能力等优势应用于集成电路中,因其实现了器件和衬底的介质隔离,其表现出较好的抗单粒子辐射、抗剂量率辐射等能力,但是SOI高压器件通常受限于其较长的漂移区、较厚的场氧化物和埋氧层,其对总剂量效应极为敏感。为保证电子设备在辐射环境下长期、稳定的工作,对高压器件进行有效的抗辐射加固设
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相较于传统体硅器件,绝缘体上硅（silicon on insulator,SOI）器件以其更小的寄生电容,更低的功耗,抗闩锁能力等优势应用于集成电路中,因其实现了器件和衬底的介质隔离,其表现出较好的抗单粒子辐射、抗剂量率辐射等能力,但是SOI高压器件通常受限于其较长的漂移区、较厚的场氧化物和埋氧层,其对总剂量效应极为敏感。为保证电子设备在辐射环境下长期、稳定的工作,对高压器件进行有效的抗辐射加固设计有着重要意义。本文的主要工作内容如下:对300 V绝缘体上硅横向双扩散金属氧化物半导体场效应管（lateral double-diffused metal-oxide-semiconductor field effect transistor,LDMOS）进行抗总剂量加固设计,提出具有超薄屏蔽层的结构,并进行仿真研究;对120 V SOI LDMOS进行抗总剂量加固设计,提出具有较薄的部分场氧的结构,并进行仿真研究和辐照实验;对20 V SOI互补型金属氧化物半导体场效应管（complementary metal-oxide-semiconductor field effect transistor,CMOS）进行版图加固设计,对环栅结构进行常态测试。在对300 V SOI LDMOS的抗总剂量方法研究中,本文提出一种具有超薄屏蔽层的结构。基于器件工艺仿真软件,对超薄屏蔽层的长度、注入能量、横向间距进行优化,给出相应的剂量窗口,在电离辐射总剂量为0-500 krad（Si）的条件下,将最大线性电流增量从传统结构的447%缩减至10%以内,且辐照前后击穿电压均维持在300 V以上。在对120 V SOI LDMOS的抗总剂量方法研究中,本文设计了厚度较薄的场氧,工艺上进行了场氧的常规工艺和通N2O气体两种设计,并对每种条件下的场氧长度进行拉偏,通过辐照实验、仿真拟合,提取氧化层中的俘获电荷量,验证场氧长度、场氧工艺对器件抗总剂量加固能力的影响。在对20 V SOI CMOS的抗总剂量方法研究中,本文对传统非加固的对称、非对称SOI CMOS版图进行辐射响应研究,揭示泄漏电流电流产生机理,并进行相应的版图设计实现器件加固。本文设计了条栅结构、环栅结构两种加固方式的器件版图,并对其中的环栅结构进行了流片和常态测试。此外,为实现TTL电平兼容,本文对5 V CMOS器件也进行了同样的结构设计,并对其环栅和加固条栅结构进行流片和常态测试。
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