典型深亞微米半導體器件的HPM失效模式與機理研究

《典型深亞微米半導體器件的HPM失效模式與機理研究》是依託西安電子科技大學，由游海龍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：典型深亞微米半導體器件的HPM失效模式與機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：游海龍
• 依託單位：西安電子科技大學

中文摘要

高功率微波（High power microwave，HPM）能夠造成半導體器件的失效，進而影響電子系統的正常工作。隨著電子系統的受電磁環境影響以及HPM作為一種武器的套用，對典型深亞微米半導體器件的HPM失效模式與機理進行研究具有重要意義。本項目通過器件的HPM試驗、失效分析、失效機理研究與仿真驗證等方法，將HPM效應試驗、器件失效模式與半導體器件物理理論結合，研究典型深亞微米半導體器件的HPM效應，以獲得典型深亞微米半導體器件的HPM源特性（微波頻率、脈衝寬度、脈衝重複頻率）與典型器件的失效閾值的關係模型、典型深亞微米半導體器件的主要失效模式及其物理機理模型。研究結果將對半導體器件在高功率微波電磁環境下工作的物理基本理論做出貢獻，為半導體器件與電子系統的抗HPM輻照設計方法的研究提供理論指導。

結題摘要

高功率微波（High power microwave，HPM）作為一種重要的電磁武器，其對電子系統干擾與損傷日益受到關注。由於電子系統核心部件為半導體器件與積體電路，本項目重點研究典型半導體器件的HPM效應以及由HPM導致的其失效的機理具有重要意義。本項目通過典型深亞微米半導體器件的高功率微波效應測試實驗、器件失效分析、器件高功率微波效應建模以及失效機理分析等手段和方法，研究了高功率微波引起典型半導體器件失效的主要模式與機理。本項目首先建立了半導體器件高功率微波效應測試平台。採用該平台HPM能夠直接注入器件不同引腳位置，在注入同時監測注入功率等參數，從而實現測試典型器件的失效閾值。然後，通過器件特性參數提取與比較、器件失效分析等手段獲得了HPM引起器件失效主要模式；在此基礎上，通過器件建模、失效機理分析、器件模擬以及實驗結果對比，進一步研究了HPM引起雙極型器件、場效應器件以及CMOS反相器特性退化與失效的主要機理：①針對雙極型器件基極注入HPM，建立器件熱電回響模型，解釋了器件內部溫度升高與體內參數熔絲導致器件燒毀原因；②確定了場效應器件柵極注入HPM引起熱載流子效應導致器件直流特性退化（器件閾值電壓漂移，跨導降低）的作用機制；③建立了nMOSFET漏極注HPM作用下的二維電熱模型，獲得了nMOSFET場效應器件漏極注入HPM時，器件內部溫度變化規律以及器件熱電損傷的物理過程；④提出了額外反型層電荷以及遂穿電流模型，建立了nMOSFET在HPM干擾下直流I-V特性等式，解釋了HPM干擾對器件直流特性影響；⑤考慮CMOS寄生電容的作用與分布，研究結果表明HPM干擾下對溝道電容的充放電將誘發CMOS反相器發生閂鎖效應。最後，將機理研究結論與實驗對比，其結果較好吻合，驗證了本項目主要結論。本項目研究解決了HPM引起深亞微米典型半導體器件的失效模式及其機理的問題，對半導體器件的高功率微波效應研究做出貢獻，同時其研究結果可指導電子系統、半導體器件的抗HPM輻照技術研究。