通过60Co γ射线辐照试验,研究了22 nm工艺体硅nFinFET的总剂量辐射效应,获得了总剂量辐射损伤随辐照偏置和器件结构的变化规律及损伤机理。研究结果表明,经过开态(ON)偏置辐照后器件阈值电压正向漂移,而传输态(TG)和关态(OFF)偏置辐照后器件阈值电压负向漂移; 鳍数较少的器件阈值电压退化程度较大。通过分析陷阱电荷作用过程,揭示了产生上述试验现象的原因。

总剂量辐射效应会导致绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管(DSOI MOSFET)器件的阈值电压漂移、泄漏电流增大等退化特性。由于背栅端口的存在， SOI器件存在新的总剂量效应加固途径，对于全耗尽 SOI器件，利用正背栅耦合效应，可通过施加背栅偏置电压补偿辐照导致的器件参数退化。本文研究了总剂量辐照对双埋氧层绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管(DSOI MOSFET)总剂量损伤规律及背栅偏置调控规律，分析了辐射导致晶体管电参数退化机理，建立了 DSOI晶体管总剂量效应模拟电路仿真器(SPICE)模型。模型仿真晶体管阈值电压与实测结果≤6 mV，同时根据总剂量效应模型给出了相应的背栅偏置补偿模型，通过晶体管背偏调控总剂量效应 SPICE模型仿真输出的补偿电压与试验测试结果对比，N型金属氧化物半导体场效应晶体管 (NMOSFET)的背偏调控模型误差为 9.65%， P型金属氧化物半导体场效应晶体管 (PMOSFET)为 5.24%，该模型可以准确反映 DSOI器件辐照前后阈值特性变化，为器件的背栅加固提供参考依据。

研究了γ射线辐照对130 nm部分耗尽(Partially Depleted, PD)绝缘体上硅(Silicon on Insulator, SOI)工艺MOS器件栅氧经时击穿(Time-Dependent Dielectric Breakdown, TDDB)寿命的影响。通过测试和对比辐照前后NMOS和PMOS器件的转移特性曲线、阈值电压、关态泄漏电流以及TDDB时间等电参数, 分析了γ射线辐照对PD-SOI MOS器件TDDB可靠性的影响。结果表明: 由于γ射线辐照在栅极氧化层中产生了带正电的氧化物陷阱电荷, 影响了器件内部势垒的分布, 降低了电子跃迁的势垒高度, 导致了电子遂穿的正反馈作用增强, 从而缩短了器件栅氧化层经时击穿时间, 最终造成器件栅极氧化层的可靠性下降。

对商用三极管和MOS场效应晶体管进行了不同环境温度下的总剂量辐照实验, 对比了不同辐照温度对这两种器件辐射效应特性的影响。实验结果表明, 对于同一辐照总剂量, 三极管的基极电流、电流增益和MOS场效应晶体管的阈值电压漂移值都随着辐照温度的不同而存在较大的差异。总剂量为100 krad, 辐照温度分别为25, 70, 100 ℃时, NPN三极管的电流增益倍数分别衰减了71, 89和113, 而NMOS晶体管的阈值电压VT分别减少了3.53, 2.8, 2.82 V。