超薄SOI材料中Si纳米团簇的形成、表征和抗辐射机理研究

本项目以超薄SOI材料制作抗辐射集成电路的应用需求为背景，拟采用Si离子注入结合退火技术对超薄SOI材料进行抗总剂量辐射加固，研究新的注Si工艺参数，针对不同超薄SOI材料的顶层硅厚度、氧化层厚度等参数，在尽可能降低顶层硅晶格损伤的情况下，探索Si离子的注入能量和剂量，以及退火温度和时间等参数，在超薄SOI材料内形成稳定Si纳米团簇，实现对Si纳米团簇的浓度、尺寸和分布等参数的精确控制。设计出一种新型的赝MOS器件，表征超薄SOI材料的抗辐射性能，根据电荷分离理论，提出高精度的特征分离电荷提取方法分析赝MOS器件特征曲线，研究Si纳米团簇对辐射产生的空穴和电子的俘获情况，结合PL、XPS、FTIR和ESR等手段，建立超薄SOI材料中Si纳米团簇浓度、尺寸和分布状态等参数与材料的抗辐射性能之间的关系。制备出具有良好抗辐射性能的超薄SOI材料。

本项目严格按照计划执行，采用一系列不同注 Si 工艺参数，研究了Si 离子的注入能量和注入剂量，以及退火的温度和时间等参数对Si纳米团簇的影响，形成稳定Si 纳米团簇，实现了对Si 纳米团簇的浓度、尺寸和分布等参数的精确控制。并采用PL 谱、XPS和FTIR 的物理研究手段对注Si 后的超薄SOI 材料进行表征。制备能表征超薄SOI材料电学性能的新型赝MOS 器件；完成了在不同辐射条件下的赝MOS 器件的辐射实验，探讨超薄SOI材料辐射效应。在通过结合理论计算的方法，研究利用研究赝MOS亚阈特性曲线，分离辐射诱生氧化物电荷和界面态电荷，分析辐射对赝ＭＯＳ器件的影响。最后制备出了具有良好抗辐射性能的SOI材料，获得了关键工艺参数，取得了良好的结果。