基于仿真的锗硅异质结双极晶体管单粒子效应检测方法技术

技术编号:9794006 阅读:265 留言:0更新日期:2014-03-21 12:38
本发明专利技术提供一种基于仿真的锗硅异质结双极晶体管单粒子效应检测方法,该方法构建合理的锗硅异质结双极晶体管器件模型和网格;对构建的锗硅异质结双极晶体管器件模型的半导体器件特性进行仿真;开展锗硅异质结双极晶体管模型关键电学参数校准;在器件模型表面选取典型入射位置,开展单粒子效应物理模型仿真;分析不同位置下各电极电流和电荷收集与时间的关系,及不同位置漏斗势的变化情况,获得锗硅异质结双极晶体管对单粒子效应的敏感位置;在单粒子效应敏感位置附近选取更密集的入射点,开展单粒子效应半导体器件数值仿真,精确定位锗硅异质结双极晶体管单粒子效应敏感区域和大小。该方法具有理论定量分析单粒子损伤效应、缩短考核时间和降低试验成本等优势。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体器件单粒子效应检测方法,特别是涉及一种基于三维器件仿真的单粒子效应敏感区域定位技术,属于微电子
、抗辐射加固

技术介绍
随着微电子技术的不断发展,IC技术和计算机技术的不断进步,电子设计自动化工具已成为半导体器件研发的重要手段。半导体器件制造与加工的模拟技术是以实际制造过程为依据建立响应的数学物理模型,将工艺、器件的物理特性等仿真分析集成一体,取代昂贵费时的工艺实验,获得理想的器件结构,从而为工艺与器件的试制和生成提供有效便捷的方法。单粒子效应是微电子器件受到空间辐射环境的高能射线粒子,如质子、中子、a粒子或其它重离子的照射,由单个粒子与器件敏感区域相互作用,在器件内部敏感区产生电子-空穴对,使整个器件电路充满过剩载流子。单粒子效应产生的高密度、高电导的等离子体(电子和晶格离子)径迹穿过器件敏感区(结区),使得器件耗尽区的平衡电场发生瞬时畸变,从而导致大量电荷被电极收集,造成器件逻辑状态的非正常改变或器件损坏。这是随着电路特征尺寸减小而出现的一种新型辐射效应。单粒子效应严重影响航天器的可靠性和寿命O在空间辐射环境下工作的半导体器件单粒子效应对航天系统的可靠性有重要影响。锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT)卓越的高频、低噪声,低温运行等特性以及良好的抗总剂量效应和位移损伤的能力使其在航天领域具有良好的应用前景,但对于空间应用的SiGe HBT,单粒子效应是面临的主要威胁。SiGe HBT单粒子效应是单个粒子入射后穿过pn结,产生电子空穴对诱发漏斗电场造成大量电荷收集,从而引起各电极发生瞬态电流,导致相关电路的逻辑状态翻转或器件烧毁的现象。目前单粒子效应的敏感区域定位技术是基于地面模拟试验的方法实现。例如申请号为200910043425.X名称为现场可编程逻辑门阵列中单粒子翻转的检测方法及装置,以及申请号为200810114876.3名称为空间处理器单粒子实验测试系统及方法,是利用地面重离子加速器开展单粒子效应模拟试验,从而获取单粒子效应的相关数据,实现单粒子效应的评估。基于地面模拟试验开展的单粒子效应依赖于国内重离子源的限制,束流时间无法保证。同时随着器件尺寸进入微米甚至深亚微米,基于地面模拟实验开展的单粒子效应评估工作难以实现微米级束流,从而难以准确定位器件单粒子故障敏感位置,无法定量分析故障的机制机理。基于地面模拟试验的器件单粒子效应敏感区域定位技术具有明显的不足。半导体器件单粒子效应评估工作急需一种理论的敏感区域定位技术,以降低现行实验考核方法的时间、金钱消耗,同时突破国内地面模拟试验设备的限制。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种,该方法旨在准确评估锗硅异质结双极晶体管单粒子效应,定位单粒子效应的敏感区域,相比于现行的基于地面模拟试验的单粒子效应检测方法,具有节省时间、经费,不受重离子加速器束流时间限制,便于加固设计改进的优势。本专利技术所述的一种,按下列步骤进行:a、设定锗硅异质结双极晶体管器件的实际三维几何结构、区域材料、掺杂参数,构建器件模型和网格;b、对构建的锗硅异质结双极晶体管器件模型进行半导体器件特性仿真,获取器件的电学特征曲线;C、开展锗硅异质结双极晶体管器件模型关键电学参数校准,使仿真的器件电学特性与测试的器件电学特性相符合;d、在器件模型表面选取典型入射位置,开展锗硅异质结双极晶体管单粒子效应物理模型仿真,获取锗硅异质结双极晶体管在单粒子入射下的基极、发射极、集电极、衬底四个掺杂区及硅、锗硅两种材料中的电势变化,以及基极、发射极、集电极和衬底四个电极电流和电荷收集随时间的变化;e、通过分析不同位置下各电极电流和电荷收集与时间的关系,以及不同位置漏斗势的变化,得出锗硅异质结双极晶体管对单粒子效应的敏感位置;f、在单粒子效应敏感位置附近选取更密集的入射点,重复步骤d和步骤e开展单粒子效应半导体器件数值仿真,精确定位单粒子效应敏感区域和大小,实现锗硅异质结双极晶体管单粒子效应特性检测。步骤a所述设定掺杂参数应在锗硅的基区和pn结区处编辑详细的掺杂文件,嵌入输入文件中。步骤a所述构建网格应在锗硅异质结双极晶体管有源区和重离子入射径迹附近建立较密集的网格,其余部分建立较少网格。步骤c所述关键电学参数包括双极晶体管Gummel特性曲线和输出特性曲线。步骤c所述关键电学参数校准采用仿真器件电学特性与测试器件电学特性相对比的方法进行校准。步骤d所述典型入射位置是采用重离子在器件中穿过基极、发射极、集电极、衬底四个掺杂区,获取娃或锗娃两种材料。步骤e所述根据各电极电流和电荷收集与时间的关系判定锗硅异质结双极晶体管对单粒子效应的敏感区域。本专利技术所述的一种,该方法包括以下步骤:设定锗硅异质结双极晶体管器件的实际三维几何结构、区域材料、掺杂参数,构建合理的器件模型和网格;嵌入所需的物理模型和数值方法,进行半导体器件特性数值仿真,求解泊松方程、载流子连续方程、以及波尔兹曼输运方程方程,获取器件的电学特征曲线;所述泊松方程、载流子连续方程、以及波尔兹曼输运方程如下所示:本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种基于仿真的锗硅异质结双极晶体管单粒子效应检测方法,其特征在于按下列步骤进行:a、设定锗硅异质结双极晶体管器件的实际三维几何结构、区域材料、掺杂参数,构建器件模型和网格;b、?对构建的锗硅异质结双极晶体管器件模型进行半导体器件特性仿真,获取器件的电学特征曲线;c、开展锗硅异质结双极晶体管器件模型关键电学参数校准,使仿真的器件电学特性与测试的器件电学特性相符合;d、在器件模型表面选取典型入射位置,开展锗硅异质结双极晶体管单粒子效应物理模型仿真,获取锗硅异质结双极晶体管在单粒子入射下的基极、发射极、集电极、衬底四个掺杂区及硅、锗硅两种材料中的电势变化,以及基极、发射极、集电极和衬底四个电极电流和电荷收集随时间的变化;e、通过分析不同位置下各电极电流和电荷收集与时间的关系,以及不同位置漏斗势的变化,得出锗硅异质结双极晶体管对单粒子效应的敏感位置;f、在单粒子效应敏感位置附近选取更密集的入射点,重复步骤d和步骤e开展单粒子效应半导体器件数值仿真,精确定位单粒子效应敏感区域和大小,实现锗硅异质结双极晶体管单粒子效应特性检测。

【技术特征摘要】
1.一种基于仿真的锗硅异质结双极晶体管单粒子效应检测方法,其特征在于按下列步骤进行: a、设定锗硅异质结双极晶体管器件的实际三维几何结构、区域材料、掺杂参数,构建器件模型和网格; b、对构建的锗硅异质结双极晶体管器件模型进行半导体器件特性仿真,获取器件的电学特征曲线; C、开展锗硅异质结双极晶体管器件模型关键电学参数校准,使仿真的器件电学特性与测试的器件电学特性相符合; d、在器件模型表面选取典型入射位置,开展锗硅异质结双极晶体管单粒子效应物理模型仿真,获取锗硅异质结双极晶体管在单粒子入射下的基极、发射极、集电极、衬底四个掺杂区及硅、锗硅两种材料中的电势变化,以及基极、发射极、集电极和衬底四个电极电流和电荷收集随时间的变化; e、通过分析不同位置下各电极电流和电荷收集与时间的关系,以及不同位置漏斗势的变化,得出锗硅异质结双极晶体管对单粒子效应的敏感位置; f、在单粒子效应敏感位置附近选取更密集的入射点,重复步骤d和步骤e开展单粒子效应半导体器件数值...

【专利技术属性】
技术研发人员:郭红霞郭旗张晋新文林陆妩余学峰何承发崔江维孙静席善斌邓伟王信
申请(专利权)人:中国科学院新疆理化技术研究所
类型:发明
国别省市:

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