[发明专利]一种MOS的低剂量率增强效应仿真模型构建方法

说明书

本发明提供了一种MOS的低剂量率增强效应仿真模型构建方法，涉及元器件辐射模拟方法技术领域，包括如下步骤：步骤S1：构建MOS结构模型，MOS结构模型包括金属栅极、SiO₂氧化层和Si衬底，在MOS结构模型中构建缺陷，并设置初始缺陷浓度，得到MOS结构缺陷模型；步骤S2：将相同的MOS结构缺陷模型在不同的低剂量率下辐照，模拟高能光子与SiO₂氧化层的作用过程并计算，得到辐照后MOS结构缺陷模型的氧化物陷阱电荷和界面陷阱电荷，以对低剂量率增强效应进行仿真。本发明将MOS结构缺陷模型在不同的低剂量率下辐照，实现对低剂量率增强效应的仿真。

技术领域

本发明涉及元器件辐射模拟方法技术领域，具体而言，涉及一种MOS的低剂量率增强效应仿真模型构建方法。

背景技术

空间环境中存在各种高能宇宙射线，这些射线与电子系统中的材料或元器件相互作用，影响元器件的性能与使用寿命，降低电子设备的可靠性。当MOS器件或者双极型器件长期暴露在空间极低剂量率的电离辐射环境下时，会呈现一种特殊效应，被称为低剂量率辐射损伤增强效应(ELDRS，Enhanced Low Dose Rate Sensitivity)。ELDRS效应是电离辐射总剂量效应(TID，Total Ionizing Dose)在低剂量率辐照下的特殊情形，是总剂量效应的一个子效应。总剂量效应是长期累积的辐射能量使元器件整体功能和性能参数逐渐退化的现象，主要的退化性能参数包括具有MOS结构的MOS器件和双极器件的阈值电压和直流增益等。ELDRS效应在空间极低剂量率的电离辐射环境下会使得元器件的整体功能和性能退化的更加严重，可能会使得卫星等航天器的突然失效。因此，为了研究这种效应对元器件可靠性的影响，需要在地面进行模拟试验。然而，通常由于过低的低剂量率使得相应的试验周期过长。因此，有必要采取模拟仿真的方法对ELDRS效应进行物理模型和仿真方法的构建，从而加快对ELDRS效应的研究。

然而，目前国内外针对ELDRS效应的仿真方法并没有完整的构建方法，大多数仿真方法还多集中在电子元器件的总剂量效应，只能定性的研究总剂量效应对电子元器件的性能退化的影响，无法针对总剂量效应中的特殊情况，即ELDRS效应的仿真方法进行研究，无法定量模拟ELDRS效应，进而为地面模拟ELDRS效应进行指导和预测。

发明内容

本发明解决的问题是实际模拟实验周期长、现有的仿真方法只能模拟总剂量效应，无法准确定量模拟ELDRS效应。

为解决上述问题，本发明提供一种MOS的低剂量率增强效应仿真模型构建方法，包括如下步骤：

步骤S1：构建MOS结构模型，所述MOS结构模型包括金属栅极、SiO₂氧化层和Si衬底，在所述MOS结构模型中构建缺陷，并设置初始缺陷浓度，得到MOS结构缺陷模型；

步骤S2：将相同的所述MOS结构缺陷模型在不同的低剂量率下辐照，模拟高能光子与所述SiO₂氧化层的作用过程并计算，得到辐照后所述MOS结构缺陷模型的氧化物陷阱电荷和界面陷阱电荷，以对低剂量率增强效应进行仿真。

进一步地，步骤S1中，所述缺陷包括固有氧空位缺陷、单氢氧空位缺陷和双氢氧空位缺陷。

进一步地，步骤S2中，所述低剂量率的范围小于1e-2rad/s。

进一步地，步骤S2中，所述模拟高能光子与所述SiO₂氧化层的作用过程，包括：

步骤S21：模拟所述高能光子与所述SiO₂氧化层相互作用，发生康普顿散射效应，产生电子-空穴对；

步骤S22：在所述SiO₂氧化层的内部电场的作用下，所述电子向所述金属栅极方向移动，所述空穴向所述SiO₂氧化层和所述Si衬底的界面方向移动；