Estudo do efeito da radiação de prótons em transistores SOI MOSFETs de múltiplas portas

Abstract

Este trabalho apresenta a influência da radiação no comportamento de transistores verticais de múltiplas portas (MuGFETs) fabricados na tecnologia de Silício sobre Isolante. Este tipo de dispositivo une a vantagem da maior imunidade da tecnologia SOI aos efeitos da radiação ao melhor desempenho e a menor susceptibilidade dos MuGFETs aos efeitos de canal curto. Foram estudados também transistores com tensionamento mecânico do silício, cuja finalidade é aumentar a mobilidade dos portadores e consequentemente aumentar a condução de corrente do dispositivo. Foi constatado que o principal efeito permanente da radiação de prótons e de Raios-X nos transistores estudados é decorrente das cargas armazenadas no óxido enterrado que deslocam a tensão de limiar da segunda interface e pode gerar um aumento da corrente de fuga pela mesma. No entanto enquanto este comportamento degrada as características do transistor de canal n , a radiação pode ser benéfica para alguns parâmetros, como a inclinação de sublimiar por exemplo, quando avaliamos os transistores tipo p . Além da radiação de prótons, também estudou-se a influência da radiação de Raios-X no comportamento dos dispositivos, porém neste caso, o estudo foi realizado em função da dose. A energia utilizada na irradiação de prótons foi de 60MeV, enquanto para radiação de Raios-X, foi utilizada a energia de 10keV, com uma taxa de 15krad(Si)/s resultando em uma dose final de 150Mrad.O efeito da radiação nos MuGFETs foi explorado nos dispositivos através de diversos parâmetros, em função da temperatura e considerando-se dispositivos com canal tensionado e não tensionado. Ao se considerar os três efeitos juntos (radiação, tensionamento e temperatura) a corrente de estado desligado chega a valores maiores que 10µA, inviabilizando o uso para aplicações espaciais.

This work presents the radiation influence on behavior of vertical multiple gate transistors (MuGFET) made in SOI technology. These devices unite the vantages of higher radiation immunity of SOI technology to the better performance and less short channel effects susceptibility in MuGFETs. Transistors with mechanical stress of silicon, that focus on increase the carriers mobility, and consequently, increase the devices current also have been studied. It has found that the main permanent effect of proton and X-Ray radiation in transistors is due to the trapped charges in the buried oxide, which shifts the second interface threshold voltage, leading to an increase of the leakage current. However, while this behavior damages the nchannel transistors, radiation can be beneficial to some parameters when considering p-channel transistors evaluation. In addition to proton radiation, X-Ray radiation was also studied, but in this case, the study was done in function of the dose. The energy used in proton irradiation was 60MeV, while for X-Ray it was used an energy of 10keV, with a dose rate of 15krad(Si)/s, resulting in a total ionization dose of 150Mrad. The radiation effect on MuGFETs was explored in the devices through some electric parameters, in function of the temperature and considering stressed and unstressed devices. Considering these three effects together (radiation, temperature and stress) the off state current reaches values higher than 10µA, invalidating the use for special applications.