Geum.ru

Исследован паразитный биполярный эффект в кни моп транзисторах. Создана модель взаимодействия тзч и кни мопт

Вид материалаДокументы
Подобный материал:

В.Е. ШУНКОВ, Г.И. ЗЕБРЕВ

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)


МОДЕЛИРОВАНИЕ ПАРАЗИТНОГО БИПОЛЯРНОГО ЭФФЕКТА В КНИ МОП ТРАНЗИСТОРАХ


Исследован паразитный биполярный эффект в КНИ МОП транзисторах. Создана модель взаимодействия ТЗЧ и КНИ МОПТ. Исследованы зависимости биполярного усиления заряда от физических и схемотехнических параметров пораженного транзистора.


Обычно считается, что радиационная стойкость КНИ схем гораздо больше, чем у аналогичных объемных, особенно в отношении одиночных сбоев. Действительно, в КНИ полностью отсутствует эффект «защелки», а сечение «мягких» сбоев намного меньше, чем у аналогичных объемных схем, за счет меньшего чувствительного объема. Однако пороговое ЛПЭ сбоев у схем, выполненных по КНИ технологии, часто оказывается аномально низким.

Транзисторы в большинстве коммерческих КНИ технологий имеют «плавающее» тело для экономии площади и упрощения процесса. В связи с этим при попадании в тело транзистора тяжелой заряженной частицы (ТЗЧ) происходит накопление заряда, повышение потенциала в теле транзистора и открывание истокового p-n перехода. Таким образом, реализуется режим биполярного усиления, приводящий к многократному умножению индуцированного ТЗЧ заряда.

Аналогичный эффект проявляется и в КНИ МОПТ с заземленным телом, так как эффективное сопротивление заземления обычно составляет несколько кОм, что оказывается недостаточным для быстрого рассасывания избыточного заряда. Поэтому биполярный эффект появляется и в схемах с заземленным телом. Ширина базы паразитного биполярного транзистора соответствует длине канала МОПТ. Таким образом, в условиях постоянного уменьшения размеров элементов ИМС, минимальный заряд, необходимый для открывания паразитного БТ, падает как четвертая степень геометрических размеров транзистора. Проблема помехоустойчивости может стать фундаментальным ограничением масштабирования КНИ схем, так как надежное низкоомное заземление тела при сверхмалых размерах транзисторов практически не реализуемо.

Для моделирования была выбрана простая физико-топологическая модель БТ с небольшим количеством параметров, экстракция или оценка которых возможна при небольшом числе исходных данных.

Взаимодействие ТЗЧ с транзистором моделировалось при помощи численного решения дифференциального уравнения для потенциала тела транзистора. Эффективное усиление заряда рассчитывалось как отношение полного и индуцированного ТЗЧ заряда.

При помощи полученной модели были проведены исследования зависимостей полного заряда от параметров схемы, частицы и внешней среды. Было выявлено, что для схем с заземленным телом эффективное усиление зависит, в основном, от номинала сопротивления заземления и индуцированного ТЗЧ заряда. В схемах с «плавающим» телом эффективное усиление практически совпадает со статическим коэффициентом усиления структуры. Также была выявлена достаточно сильная температурная зависимость эффективного усиления.


Рис. 1. Зависимость полного заряда
от индуцированного при разных сопротивлениях (■ - без контакта; ▲ - R = 10 k;

● - R = 5 k.)
Рис. 2. Эффективность БТ как функция сопротивления заземления

(■ – Q =70 фКл; ♦- Q =50 фКл;

● - Q =30 фКл).

Данная модель может использоваться для двухуровневого физико-схемотехнического моделирования одиночных сбоев, которое является более простой альтернативой трехмерному TCAD-моделированию паразитной структуры.

Список литературы
  1. G.I. Zebrev, M.S. Gorbunov, V.E. Shunkov, et.al., “Physical Modeling and Circuit Simulation of Hardness of SOI Transistors and Circuits for Space Applications”, RADECS-2006 proceedings, 2006.
  2. D.S. Walsh, P.E. Dodd et al., “Investigation of body-tie effects on ion beam induced charge collection in SOI FETs using Sandia nuclear microprobe”, Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Research, B181 (2001), pp. 305-31.