CN110968960B - 一种总剂量效应缺陷模型的确定方法及装置 - Google Patents

一种总剂量效应缺陷模型的确定方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种总剂量效应缺陷模型的确定方法及装置。该总剂量效应缺陷模型的确定方法包括：构建晶体管三维结构模型；获取初始空穴陷阱电荷参数至晶体管三维结构模型，形成初始辐射缺陷损伤模型；基于晶体管三维结构模型中设定的物理模型和数值求解方法，计算初始辐射缺陷损伤模型的初始归一化过剩基极电流；确定初始归一化过剩基极电流为预设初始归一化过剩基极电流时，根据初始空穴陷阱电荷参数以及预设的每相邻两个辐射剂量点的归一化过剩基极电流之间的比例关系确定不同辐射剂量点对应的空穴陷阱电荷参数，形成不同辐射剂量点下的总剂量效应缺陷模型。

Description

一种总剂量效应缺陷模型的确定方法及装置
技术领域
本发明实施例涉及微电子技术领域，尤其涉及一种总剂量效应缺陷模型的确定方法及装置。
背景技术
双极晶体管作为一种重要的分立半导体器件，是双极型数字和模拟集成电路的核心器件，广泛应用与航天器的电子系统中。然而，工作于太空环境的微电子器件与电路将不可避免的遭受各种宇宙射线和高能粒子的电离辐射影响，引起性能退化而给航天器电子系统的可靠性带来重大隐患。尤其当其应用于卫星壳体外部时，短时间内遭受的粒子辐射急剧增加，电离辐射总剂量效应成为不可忽视的损伤因素。而双极晶体管中的隔离氧化层结构形成的硅/二氧化硅界面使其易受到总剂量效应的影响，分析总剂量效应损伤机制对晶体管的空间可靠应用意义重大。
现有技术中，对辐射后器件损伤的分析是采用传统双极晶体管正向电学特性的方法。针对电离辐射总剂量效应的研究，主要体现在辐射损伤对器件电学特性退化的宏观影响上，实验手段以研究电学参数退化的测试技术为主。
然而，现有的辐射效应宏观电学参数退化分析，不可以全面的表征器件总剂量效应退化规律。
发明内容
本发明提供一种总剂量效应缺陷模型的确定方法及装置，以解决现有技术中不可以全面的表征器件总剂量效应退化规律的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种总剂量效应缺陷模型的确定方法，该总剂量效应缺陷模型的确定方法包括：
构建晶体管三维结构模型；
获取初始空穴陷阱电荷参数至所述晶体管三维结构模型，形成初始辐射缺陷损伤模型；
基于所述晶体管三维结构模型中设定的物理模型和数值求解方法，计算所述初始辐射缺陷损伤模型的初始归一化过剩基极电流；
确定所述初始归一化过剩基极电流为预设初始归一化过剩基极电流时，根据所述初始空穴陷阱电荷参数以及预设的每相邻两个辐射剂量点的归一化过剩基极电流之间的比例关系确定不同辐射剂量点对应的空穴陷阱电荷参数，形成不同辐射剂量点下的总剂量效应缺陷模型；
其中，辐射剂量点为Qi时的空穴陷阱电荷参数Ni＝(Ii)*(Ni-1)/(Ii-1)，Ii为辐射剂量点为Qi时的预设电流，Ii-1为辐射剂量点为Qi-1时的预设电流，Ni-1为辐射剂量点为Qi-1时空穴陷阱电荷参数，Ni为辐射剂量点为Qi-1时空穴陷阱电荷参数；
其中，所述初始空穴陷阱电荷参数为辐射剂量点为Q1时的空穴陷阱电荷参数N1。
进一步地，形成不同辐射剂量点下的总剂量效应缺陷模型之后，还包括：
根据所述物理模型和所述数值求解方法，计算所述不同辐射剂量点下的总剂量效应缺陷模型的终态归一化过剩基极电流；
确定所述终态归一化过剩基极电流为预设终态归一化过剩基极电流时，则确定所述总剂量效应缺陷模型为最终总剂量效应缺陷模型。
进一步地，还包括：
根据所述最终总剂量效应缺陷模型绘制总剂量效应缺陷模型内部载流子复合率变化视图；
根据所述总剂量效应缺陷模型内部载流子复合率变化视图获取总剂量效应机理。
进一步地，所述晶体管三维结构模型包括发射区、基区、集电区、发射结覆盖氧化层、集电结隔离氧化层以及电极接触区域；
构建晶体管三维结构模型，包括：
获取所述发射区、所述基区、所述集电区、所述发射结覆盖氧化层、所述集电结隔离氧化层以及所述电极接触区域的掺杂类型和掺杂浓度；
根据获取的所述发射区、所述基区、所述集电区、所述发射结覆盖氧化层、所述集电结隔离氧化层以及所述电极接触区域的掺杂类型和掺杂浓度形成晶体管三维结构模型。
进一步地，所述晶体管三维结构模型的发射结的发射区一侧区域为高斯掺杂向基区扩散；
所述晶体管三维结构模型的集电结的集电区一侧区域为高斯掺杂向基区扩散；
所述晶体管三维结构模型的整个基区为高斯掺杂双向扩散。
进一步地，总剂量效应缺陷模型包括第一剂量率总剂量效应缺陷模型和第二剂量率总剂量效应缺陷模型；
获取初始空穴陷阱电荷参数至所述晶体管三维结构模型，形成初始辐射缺陷损伤模型，包括：
获取所述发射结覆盖氧化层与所述集电结隔离氧化层的Si/SiO2界面处的初始浅能级空穴陷阱电荷参数，以形成第一初始辐射缺陷损伤模型；
计算所述初始辐射缺陷损伤模型的初始归一化过剩基极电流，包括：
计算所述第一初始辐射缺陷损伤模型的第一初始归一化过剩基极电流；
根据所述初始空穴陷阱电荷参数以及预设的每相邻两个辐射剂量点的归一化过剩基极电流之间的比例关系确定不同辐射剂量点对应的空穴陷阱电荷参数，形成不同辐射剂量点下的总剂量效应缺陷模型，包括：
根据所述初始空穴陷阱电荷参数以及第一剂量率下的预设的每相邻两个辐射剂量点的归一化过剩基极电流之间的比例关系确定第一剂量率下的不同辐射剂量点对应的空穴陷阱电荷参数，形成第一剂量率下的不同辐射剂量点下的第一剂量率总剂量效应缺陷模型；
添加初始空穴陷阱电荷参数至所述晶体管三维结构模型，以形成初始辐射缺陷损伤模型，还包括：
获取所述发射结覆盖氧化层与所述集电结隔离氧化层的Si/SiO2界面处初始深能级空穴陷阱电荷参数，以形成第二初始辐射缺陷损伤模型；
计算所述初始辐射缺陷损伤模型的初始归一化过剩基极电流，包括：
计算所述第二初始辐射缺陷损伤模型的第二初始归一化过剩基极电流；
根据所述初始空穴陷阱电荷参数以及预设的每相邻两个辐射剂量点的归一化过剩基极电流之间的比例关系确定不同辐射剂量点对应的空穴陷阱电荷参数，形成不同辐射剂量点下的总剂量效应缺陷模型，包括：
根据所述初始空穴陷阱电荷参数以及第二剂量率下的预设的每相邻两个辐射剂量点的归一化过剩基极电流之间的比例关系确定第二剂量率下的不同辐射剂量点对应的空穴陷阱电荷参数，形成第二剂量率下的不同辐射剂量点下的第二剂量率总剂量效应缺陷模型；
所述第一剂量率的范围为A1，100rad(Si)/s≤A1≤150rad(Si)/s；
所述第二剂量率的范围为A2，0.01rad(Si)/s≤A2≤0.1rad(Si)/s。
进一步地，获取初始空穴陷阱电荷参数至所述晶体管三维结构模型，形成初始辐射缺陷损伤模型，包括：
判断所述晶体管三维结构模型计算结构是否达到预设收敛标准；
若是，则获取初始空穴陷阱电荷参数至所述晶体管三维结构模型，形成初始辐射缺陷损伤模型；若否，
则调整所述晶体管三维结构模型。
进一步地，不同辐射剂量点Q分别包括：50krad(Si)、100krad(Si)、200krad(Si)、300krad(Si)、500krad(Si)、800krad(Si)和1000krad(Si)。
进一步地，所述浅能级空穴陷阱电荷为在距离禁带中心0.1eV-0.3eV的位置，空穴陷阱捕获截面为在1×10-16cm-2-5×10-16cm-2范围之间；
所述深能级空穴陷阱电荷为在禁带中心位置，空穴陷阱捕获截面为在5×10-16cm-2-8×10-16cm-2范围之间。
第二方面，本发明实施例还提供了一种总剂量效应缺陷模型的确定装置，该总剂量效应缺陷模型的确定装置包括：
构建模型模块，用于构建晶体管三维结构模型；
初始模型形成模块，用于获取初始空穴陷阱电荷参数至所述晶体管三维结构模型，形成初始辐射缺陷损伤模型；
第一计算模块，用于基于所述晶体管三维结构模型中设定的物理模型和数值求解方法，计算所述初始辐射缺陷损伤模型的初始归一化过剩基极电流；
确定模块，用于确定所述初始归一化过剩基极电流为预设初始归一化过剩基极电流时，根据所述初始空穴陷阱电荷参数以及预设的每相邻两个辐射剂量点的归一化过剩基极电流之间的比例关系确定不同辐射剂量点对应的空穴陷阱电荷参数，形成不同辐射剂量点下的总剂量效应缺陷模型；
其中，辐射剂量点为Qi时的空穴陷阱电荷参数Ni＝(Ii)*(Ni-1)/(Ii-1)，Ii为辐射剂量点为Qi时的预设电流，Ii-1为辐射剂量点为Qi-1时的预设电流，Ni-1为辐射剂量点为Qi-1时空穴陷阱电荷参数，Ni为辐射剂量点为Qi-1时空穴陷阱电荷参数；
其中，所述初始空穴陷阱电荷参数为辐射剂量点为Q1时的空穴陷阱电荷参数N1。
本发明通过将获取的初始空穴陷阱电荷参数至构建的晶体管三维结构模型中，形成初始辐射缺陷损伤模型，计算初始辐射缺陷损伤模型的初始归一化过剩基极电流；确定初始归一化过剩基极电流为预设初始归一化过剩基极电流时，根据初始空穴陷阱电荷参数以及预设的每相邻两个辐射剂量点的归一化过剩基极电流之间的比例关系确定不同辐射剂量点对应的空穴陷阱电荷参数，形成不同辐射剂量点下的总剂量效应缺陷模型，基于总剂量效应缺陷模型可以直接分析缺陷分布规律，能够从辐照诱发陷阱电荷的数量、分布、物理性质等微观角度探索引起晶体管总剂量效应退化的根本原因，使总剂量效应的研究不再是停留于性能退化响应的层次，而是进入损伤机理的通用模型探索阶段。此外，本发明由于采用构建晶体管三维模型，一方面相比于传统二维模型和圆柱式准三维模型，三维模型更贴近实际器件结构，使数值模拟具有更高的准确度。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种总剂量效应缺陷模型的确定方法的流程图；
图2是本发明实施提供的一种构建的晶体管结构三维网格视图；
图3是本发明实施例提供的一种构建的晶体管内部结构剖面视图；
图4是本实施例总剂量效应缺陷模型获得的器件内部陷阱电荷诱发载流子复合率变化图；
图5是本发明实施例提供的第一剂量率时总剂量效应的数值模拟与辐照实验的归一化过剩基极电流曲线对比图；
图6是本发明实施例提供的第二剂量率时总剂量效应的数值模拟与辐照实验的归一化过剩基极电流曲线对比图；
图7是本发明实施例提供的一种总剂量效应缺陷模型的确定装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在详细说明本发明实施例的技术方案之前，先对本实施例中的预设初始归一化过剩基极电流，以及预设终态归一化过剩基极电流进行简单说明。
对待测晶体管进行实验，对待测晶体管设定偏置电压；对设定了偏置电压的待测晶体管进行n次60Co伽马射线辐照；其中，对设定了偏置电压的待测晶体管进行第i次60Co伽马射线辐照，以达到预设剂量点Qi；每次60Co伽马射线辐照后待测晶体管进行辐照电学特性测试。根据辐照电学特性测试得到不同辐射剂量点的归一化过剩基极电流。其中，预设初始归一化过剩基极电流为对设定了偏置电压的待测晶体管进行第1次60Co伽马射线辐照，以达到剂量点50krad(Si)时的归一化过剩基极电流；预设终态归一化过剩基极电流为对设定了偏置电压的待测晶体管进行第i次60Co伽马射线辐照，以达到剂量点Qi时的归一化过剩基极电流，其中，剂量点Qi为100krad(Si)、200krad(Si)、300krad(Si)、500krad(Si)、800krad(Si)、1000krad(Si)，即预设终态归一化过剩基极电流包括剂量点100krad(Si)时的归一化过剩基极电流、剂量点200krad(Si)时的归一化过剩基极电流、剂量点300krad(Si)时的归一化过剩基极电流、剂量点500krad(Si)时的归一化过剩基极电流、剂量点800krad(Si)时的归一化过剩基极电流和剂量点1000krad(Si)时的归一化过剩基极电流。
以上对伽马射线辐照实验后不同辐射剂量点时获得的归一化过剩基极电流(预设初始归一化过剩基极电流以及预设终态归一化过剩基极电流)以及过程进行了简单说明，结合上述说明，下面详细说明本发明实施例的技术方案。
图1是本发明实施例提供的一种总剂量效应缺陷模型的确定方法的流程图，如图1所示，该总剂量效应缺陷模型的确定方法包括：
S110、构建晶体管三维结构模型。
其中，例如可以利用半导体器件三维仿真软件构建晶体管的三维区域尺寸、三维区域位置、区域名称与区域材料，并标定晶体管的电极接触的名称、位置与尺寸。
可选的，构建的晶体管三维结构模型包括发射区、基区、集电区、发射结覆盖氧化层、集电结隔离氧化层以及电极接触区域。
其中，考虑到总剂量效应的诱发原因是Si/SiO2界面处的辐射感生陷阱电荷，由于总剂量效应密切相关的部分器件结构包括晶体管的发射区、基区、集电区、发射结覆盖氧化层、集电结隔离氧化层以及电极接触区域，所以构建的晶体管三维结构模型仅包括发射区、基区、集电区、发射结覆盖氧化层、集电结隔离氧化层以及电极接触区域，而不包括衬底、表面钝化层、以及衬底重掺杂电极引出区域。从而在保证准确表征总剂量效应损伤机制的基础上，有效提高计算效率。
可选的，构建晶体管三维结构模型，包括：
获取发射区、基区、集电区、发射结(EB结)覆盖氧化层(EB Spacer)、集电结(BC结)处隔离氧化层(LOCOS隔离)以及电极接触区域的掺杂类型和掺杂浓度；
根据获取的发射区、基区、集电区、发射结覆盖氧化层、集电结隔离氧化层以及电极接触区域的掺杂类型和掺杂浓度形成晶体管三维结构模型。
示例性的，本实施例构建的晶体管包括锗硅异质结晶体管，且锗硅异质结晶体管为npn型晶体管，根据实际器件工艺，获取锗硅异质结晶体管的发射区为浓度1.5×1020cm-3的磷掺杂、基区为浓度2×1019cm-3硼掺杂、集电区为浓度6×1017cm-3砷掺杂，形成晶体管三维结构模型。
可选的，锗硅异质结晶体管的工作原理是载流子依次越过发射结、基区与集电结实现电流放大功能，这三个区域的掺杂浓度变化对器件电学特性具有很大影响，因此，本实施例中晶体管三维结构模型的发射结的发射区一侧区域为高斯掺杂向基区扩散；晶体管三维结构模型的集电结的集电区一侧区域为高斯掺杂向基区扩散；晶体管三维结构模型的整个基区为高斯掺杂双向扩散，从而形成浓度渐变的掺杂形态，提高数值模拟的准确度，其它区域定义为均匀掺杂。
进一步地，在晶体管三维结构模型中添加计算网格。其中，发射结、基区、集电结、发射结覆盖氧化层的界面附近区域、以及集电结隔离氧化层的界面附近区域为密集型网格，发射区、集电区、以及其它氧化层区域为疏松型网格，从而同时兼顾计算精度与计算速度。参见图2和图3，图2是本发明实施提供的一种构建的晶体管结构三维网格视图。图3是本发明实施例提供的一种构建的晶体管内部结构剖面视图。需要说明的是，图2和图3以晶体管为锗硅异质结晶体管时的示意图。
S120、获取初始空穴陷阱电荷参数至晶体管三维结构模型，形成初始辐射缺陷损伤模型。
S130、基于晶体管三维结构模型中设定的物理模型和数值求解方法，计算初始辐射缺陷损伤模型的初始归一化过剩基极电流。
其中，根据构建的晶体管的性质，获取与此晶体管性质相匹配的总剂量效应数值模拟所需的物理模型与数值求解方法。例如当构建的晶体管为锗硅异质结晶体管时，锗硅异质结晶体管属于少子迁移器件，采用Philips迁移率模型；考虑构建的核心器件结构多数采用重掺杂，采用禁带变窄模型；考虑总剂量效应感生陷阱电荷增强局部电场强度，采用俄歇复合模型。在物理部分设定基区锗的组分为14％。根据计算网格数量，数值求解方法例如可以包括NotDamped＝100、Iterations＝20。同时考虑锗硅异质结晶体管的物理特性与选用的漂移-扩散模型，数值求解方法还包括NewDiscretization、RelerrControl、Derivatives与CNormPrint。
具体的，对步骤S120中形成初始辐射缺陷损伤模型进行输入特性的数值模拟计算，得到初始辐射缺陷损伤模型的初始归一化过剩基极电流。示例性的，发射极、基极与集电极的初始电压为0V，基极与集电极的终止电压为1V，初始步长为0.1V、最小步长1×10-6V、最大步长0.1V、步长增加比例为1.0，最大计算迭代次数为100。计算数据中基极电压VB＝0.6V时的基极电流IB，计算归一化过剩基极电流((辐照后IB-辐照前IB)/辐照前IB)，即初始辐射缺陷损伤模型的初始归一化过剩基极电流。
S140、确定初始归一化过剩基极电流为预设初始归一化过剩基极电流时，根据初始空穴陷阱电荷参数以及预设的每相邻两个辐射剂量点的归一化过剩基极电流之间的比例关系确定不同辐射剂量点对应的空穴陷阱电荷参数，形成不同辐射剂量点下的总剂量效应缺陷模型；其中，辐射剂量点为Qi时的空穴陷阱电荷参数Ni＝(Ii)*(Ni-1)/(Ii-1)，Ii为辐射剂量点为Qi时的预设电流，Ii-1为辐射剂量点为Qi-1时的预设电流，Ni-1为辐射剂量点为Qi-1时空穴陷阱电荷参数，Ni为辐射剂量点为Qi-1时空穴陷阱电荷参数；其中，初始空穴陷阱电荷参数为辐射剂量点为Q1时的空穴陷阱电荷参数N1。
其中，预设初始归一化过剩基极电流例如可以为伽马射线总剂量效应辐照实验在50krad(Si)时获得的归一化过剩基极电流。将初始归一化过剩基极电流与预设初始归一化过剩基极电流进行对比，根据对比结果合理调整初始空穴陷阱电荷参数，直至初始归一化过剩基极电流和预设初始归一化过剩基极电流差值在预设范围内时，根据初始空穴陷阱电荷参数以及预设的每相邻两个辐射剂量点的归一化过剩基极电流之间的比例关系确定不同辐射剂量点对应的空穴陷阱电荷参数，形成不同辐射剂量点下的总剂量效应缺陷模型。
示例性的，预设的不同的辐射剂量点的归一化过剩基极电流例如可以包括50krad(Si)、100krad(Si)、200krad(Si)、300krad(Si)、500krad(Si)、800krad(Si)、1000krad(Si)时的晶体管的归一化过剩基极电流。
预设的每相邻两个辐射剂量点的归一化过剩基极电流之间的比例关系例如可以为50krad(Si)时的归一化过剩基极电流与100krad(Si)时的归一化过剩基极电流之间的比值，或者，100krad(Si)时的归一化过剩基极电流与200krad(Si)时的归一化过剩基极电流之间的比值等。根据这些归一化过剩基极电流在每两个累积辐射剂量点之间的比值，以同样的比值依次增加步骤S120中初始辐射缺陷损伤模型中的初始空穴陷阱电荷参数，进而获得不同累积剂量下的空穴陷阱电荷参数，形成不同辐射剂量点下的总剂量效应缺陷模型。基于总剂量效应缺陷模型可以直接分析缺陷分布规律，能够从辐照诱发陷阱电荷的数量、分布、物理性质等微观角度探索引起晶体管总剂量效应退化的根本原因，使总剂量效应的研究不再是停留于性能退化响应的层次，而是进入损伤机理的通用模型探索阶段。
需要说明的是，本实施例构建的晶体管三维结构模型以锗硅异质结晶体管三维结构模型为例进行说明，但并不构成对本申请的限定。
需要说明的是，本实施仅以50krad(Si)、100krad(Si)、200krad(Si)、300krad(Si)、500krad(Si)、800krad(Si)、1000krad(Si)的辐射剂量点为例进行示例性说明，但不构成对本申请的限定，不同辐射剂量点可以根据实际情况进行调整。
还需要说明的是，计算归一化过剩基极电流的发射极、基极与集电极的初始电压、基极与集电极的终止电压、初始步长、最小步长以及最大步长等可以根据实际情况进行调整。以及晶体管三维结构模型中设定的物理模型和数值求解方法可以根据晶体管三维结构模型的类型进行调整，本实施例不进行具体限定。
综上，本发明通过将获取的初始空穴陷阱电荷参数至构建的晶体管三维结构模型中，形成初始辐射缺陷损伤模型，计算初始辐射缺陷损伤模型的初始归一化过剩基极电流；确定初始归一化过剩基极电流为预设初始归一化过剩基极电流时，根据初始空穴陷阱电荷参数以及预设的每相邻两个辐射剂量点的归一化过剩基极电流之间的比例关系确定不同辐射剂量点对应的空穴陷阱电荷参数，形成不同辐射剂量点下的总剂量效应缺陷模型，基于总剂量效应缺陷模型可以直接分析缺陷分布规律，能够从辐照诱发陷阱电荷的数量、分布、物理性质等微观角度探索引起晶体管总剂量效应退化的根本原因，使总剂量效应的研究不再是停留于性能退化响应的层次，而是进入损伤机理的通用模型探索阶段。此外，本发明由于采用构建晶体管三维模型，一方面相比于传统二维模型和圆柱式准三维模型，三维模型更贴近实际器件结构，使数值模拟具有更高的准确度。
在上述方案的基础上，可选的，形成不同辐射剂量点下的总剂量效应缺陷模型之后，还包括：
根据物理模型和数值求解方法，计算不同辐射剂量点下的总剂量效应缺陷模型的终态归一化过剩基极电流；
确定终态归一化过剩基极电流为预设终态归一化过剩基极电流时，则确定总剂量效应缺陷模型为最终总剂量效应缺陷模型。
其中，形成不同辐射剂量点下的总剂量效应缺陷模型后，计算每一个辐射剂量点下的总剂量效应缺陷模型的基极电压VB＝0.6V时的基极电流IB，绘制终态归一化过剩基极电流的增长曲线。对比总剂量效应缺陷模型与伽马射线辐照实验分别获得的归一化过剩基极电流，判断二者是否符合较好，从而验证总剂量效应缺陷模型的合理性与准确性。当终态归一化过剩基极电流为预设终态归一化过剩基极电流时，则确定总剂量效应缺陷模型为最终总剂量效应缺陷模型。基于总剂量效应缺陷模型可以直接分析缺陷分布规律，能够从辐照诱发陷阱电荷的数量、分布、物理性质等微观角度探索引起晶体管总剂量效应退化的根本原因，使总剂量效应的研究不再是停留于性能退化响应的层次，而是进入损伤机理的通用模型探索阶段。本技术方案，由于采用实验数据验证全部总剂量效应缺陷模型的方法，这种从宏观到微观再到宏观的思路，将锗硅异质结晶体管总剂量效应感生的陷阱电荷微观机制与总剂量效应引起电学特性退化的宏观响应结合在一起，准确反映了总剂量效应从宏观到微观的全面作用机制。
在上述方案的基础上，形成不同辐射剂量点下的总剂量效应缺陷模型之后，还包括：
根据所述最终总剂量效应缺陷模型绘制总剂量效应缺陷模型内部载流子复合率变化视图；
根据总剂量效应缺陷模型内部载流子复合率变化视图获取总剂量效应机理。
其中，例如可以利用半导体器件仿真软件专用的图形化工具，绘制器件总剂量效应数值模拟中获得的器件内部载流子复合率的变化视图，分析锗硅异质结晶体管内部诱发总剂量效应的关键因素。图4是本实施例总剂量效应缺陷模型获得的器件内部陷阱电荷诱发载流子复合率变化图。图4以晶体管为锗硅异质结晶体管时的总剂量效应缺陷模型获得的器件内部陷阱电荷诱发载流子复合率变化图为例进行示例性说明。从图中可以看出，由于在EB Spacer与LOCOS隔离中构建的陷阱电荷模型靠近基区，在数值模拟的过程中，一方面，这些陷阱电荷捕获带电载流子，形成空间电场，增强了基区复合率；另一方面，陷阱电荷本身作为复合中心引起了基区界面附近复合率的变化。使得辐照前后基区内的复合率在缺陷影响下发生较大变化，造成基区复合电流的增加，引起器件性能退化。即通过形成不同辐射剂量点下的总剂量效应缺陷模型，根据总剂量效应缺陷模型陷阱电荷的数量、分布、物理性质等微观角度探索引起器件总剂量效应退化的根本原因，使总剂量效应的研究不再是停留于性能退化响应的层次，而是进入损伤机理的通用模型探索阶段。
在上述方案的基础上，可选的，总剂量效应缺陷模型包括第一剂量率总剂量效应缺陷模型和第二剂量率总剂量效应缺陷模型；
获取初始空穴陷阱电荷参数至晶体管三维结构模型，形成初始辐射缺陷损伤模型，包括：
获取发射结覆盖氧化层与集电结隔离氧化层的Si/SiO2界面处的初始浅能级空穴陷阱电荷参数，以形成第一初始辐射缺陷损伤模型；
计算初始辐射缺陷损伤模型的初始归一化过剩基极电流，包括：
计算第一初始辐射缺陷损伤模型的第一初始归一化过剩基极电流；
根据初始空穴陷阱电荷参数以及预设的每相邻两个剂量点的归一化过剩基极电流之间的比例关系确定不同辐射剂量点对应的空穴陷阱电荷参数，形成不同辐射剂量点下的总剂量效应缺陷模型，包括：
根据初始空穴陷阱电荷参数以及第一剂量率下的预设的每相邻两个剂量点的归一化过剩基极电流之间的比例关系确定第一剂量率下的不同辐射剂量点对应的空穴陷阱电荷参数，形成第一剂量率下的不同辐射剂量点下的第一剂量率总剂量效应缺陷模型；
添加初始空穴陷阱电荷参数至晶体管三维结构模型，以形成初始辐射缺陷损伤模型，还包括：
获取发射结覆盖氧化层与集电结隔离氧化层的Si/SiO2界面处初始深能级空穴陷阱电荷参数，以形成第二初始辐射缺陷损伤模型；
计算初始辐射缺陷损伤模型的初始归一化过剩基极电流，包括：
计算第二初始辐射缺陷损伤模型的第二初始归一化过剩基极电流；
根据初始空穴陷阱电荷参数以及预设的每相邻两个剂量点的归一化过剩基极电流之间的比例关系确定不同辐射剂量点对应的空穴陷阱电荷参数，形成不同辐射剂量点下的总剂量效应缺陷模型，包括：
根据初始空穴陷阱电荷参数以及第二剂量率下的预设的每相邻两个剂量点的归一化过剩基极电流之间的比例关系确定第二剂量率下的不同辐射剂量点对应的空穴陷阱电荷参数，形成第二剂量率下的不同辐射剂量点下的第二剂量率总剂量效应缺陷模型；第一剂量率的范围为A1，100rad(Si)/s≤A1≤150rad(Si)/s；第二剂量率的范围为A2，0.01rad(Si)/s≤A2≤0.1rad(Si)/s。
其中，根据空间电荷理论，高剂量率(第一剂量率)伽马射线辐照短时间内电离大量电子空穴对，空穴更易被浅能级陷阱所捕获，而低剂量率(第二剂量率)辐照在长时间辐照过程中空穴通过一系列输运与演化，更易形成深能级陷阱缺陷。因此，对于高剂量率辐照，以浅能级空穴陷阱电荷作为缺陷类型，初始浅能级空穴陷阱电荷为在距离禁带中心0.1eV-0.3eV的位置，空穴陷阱捕获截面为在1×10-16cm-2-5×10-16cm-2范围之间；而对于低剂量率辐照，以深能级空穴陷阱电荷作为缺陷类型，深能级空穴陷阱电荷为在禁带中心位置，空穴陷阱捕获截面为在5×10-16cm-2-8×10-16cm-2范围之间。
具体的，获取初始浅能级空穴陷阱电荷参数至晶体管三维结构模型的发射结覆盖氧化层(EB Spacer)与集电结隔离氧化层(LOCOS隔离)的Si/SiO2界面处，形成第一初始辐射缺陷损伤模型，计算初始浅能级空穴陷阱电荷参数后的第一初始辐射缺陷损伤模型电学特性，将计算结果与样品器件接受第一剂量率伽马射线总剂量辐照累积至50krad(Si)时测试获得的电学特性进行对比，根据对比结果微调初始浅能级空穴陷阱电荷的相关物理参数，直至数值模拟结果与测试结果符合的较好为止。根据第一剂量率伽马射线辐照实验后，样品器件归一化过剩基极电流在每两个累积剂量点之间的增长倍数，依次增加第一初始辐射缺陷损伤模型中的浅能级空穴陷阱电荷浓度，依次对每一种浅能级空穴陷阱浓度下的器件开展电学特性数值模拟计算，获得第一剂量率伽马射线辐照的不同辐射剂量点下的第一剂量率总剂量效应缺陷模型。针对辐照实验中每一个剂量点所对应的第一剂量率总剂量效应缺陷模型开展输入特性的数值模拟，对其结果提取基极电压VB＝0.6V时的基极电流IB，绘制器件归一化过剩基极电流的增长曲线。对比数值模拟与伽马射线辐照实验分别获得的归一化过剩基极电流，判断二者是否符合较好，从而验证第一剂量率总剂量效应缺陷模型的合理性与准确性。图5是本发明实施例提供的第一剂量率时总剂量效应的数值模拟与辐照实验的归一化过剩基极电流曲线对比图，可以看出本实例的第一剂量率总剂量效应缺陷模型与实验符合较好。
获取初始深能级空穴陷阱电荷参数至晶体管三维结构模型的发射结覆盖氧化层(EB Spacer)与集电结隔离氧化层(LOCOS隔离)的Si/SiO2界面处，形成第二初始辐射缺陷损伤模型，计算添加初始深能级空穴陷阱电荷参数后的第二初始辐射缺陷损伤模型电学特性，将计算结果与样品器件接受第二剂量率伽马射线总剂量辐照累积至50krad(Si)时测试获得的电学特性进行对比，根据对比结果微调初始深能级空穴陷阱电荷的相关物理参数，直至数值模拟结果与测试结果符合的较好为止。根据第二剂量率伽马射线辐照后，样品器件归一化过剩基极电流在每两个累积剂量点之间的增长倍数，依次增加第二初始辐射缺陷损伤模型中的深能级空穴陷阱电荷浓度，依次对每一种深能级空穴陷阱浓度下的器件开展电学特性数值模拟计算，获得第二剂量率伽马射线辐照的不同辐射剂量点下的第二剂量率总剂量效应缺陷模型。针对辐照实验中每一个剂量点所对应的第二剂量率总剂量效应缺陷模型开展输入特性的数值模拟，对其结果提取基极电压VB＝0.6V时的基极电流IB，绘制器件归一化过剩基极电流的增长曲线。对比数值模拟与伽马射线辐照实验分别获得的归一化过剩基极电流，判断二者是否符合较好，从而验证第二剂量率总剂量效应缺陷模型的合理性与准确性。图6是本发明实施例提供的第二剂量率时总剂量效应的数值模拟与辐照实验的归一化过剩基极电流曲线对比图，可以看出本实例的第二剂量率总剂量效应缺陷模型与实验符合较好。
本技术方案，通过高、低剂量率辐照采用不同缺陷模型的方法，根据总剂量效应的空间电荷理论，在高剂量率辐照模型中采用浅能级陷阱、在低剂量率辐照模型中采用深能级陷阱。一方面为总剂量效应提供了全面的损伤模型，另一方面为低剂量率损伤增强效应的研究提供了模型基础，弥补了低剂量率辐照实验周期长、机时紧张的不足。
在上述方案的基础上，可选的，获取初始空穴陷阱电荷参数至晶体管三维结构模型，形成初始辐射缺陷损伤模型，包括：
判断晶体管三维结构模型计算结构是否达到预设收敛标准；
若是，则获取初始空穴陷阱电荷参数至晶体管三维结构模型，形成初始辐射缺陷损伤模型；若否，则调整晶体管三维结构模型。
其中，根据电学特性的计算过程与计算结果判断晶体管三维结构模型是否具有良好的收敛性，若数值模拟计算不能收敛，即在最小步长的计算中，在100次的迭代计算下无法获得计算数据，或者模拟计算收敛缓慢，即有大量计算步骤获得收敛数据时超过了50次迭代，则需对步骤S120中的计算网格进行调整，优化材料界面处的网格设计，直至晶体管三维结构模型成功收敛，完成晶体管三维结构模型的构建，提高了晶体管三维结构模型的精确度。
基于同样的发明构思，本发明实施例还提供的一种总剂量效应缺陷模型的确定装置。图7是本发明实施例提供的一种总剂量效应缺陷模型的确定装置的结构示意图，如图7所示，该总剂量效应缺陷模型的确定装置包括：
构建模型模块10，用于构建晶体管三维结构模型；
初始模型形成模块20，用于获取初始空穴陷阱电荷参数至所述晶体管三维结构模型，形成初始辐射缺陷损伤模型；
第一计算模块30，用于基于所述晶体管三维结构模型中设定的物理模型和数值求解方法，计算所述初始辐射缺陷损伤模型的初始归一化过剩基极电流；
确定模块40，用于确定所述初始归一化过剩基极电流为预设初始归一化过剩基极电流时，根据所述初始空穴陷阱电荷参数以及预设的每相邻两个剂量点的归一化过剩基极电流之间的比例关系确定不同辐射剂量点对应的空穴陷阱电荷参数，形成不同辐射剂量点下的总剂量效应缺陷模型；其中，辐射剂量点为Qi时的空穴陷阱电荷参数Ni＝(Ii)*(Ni-1)/(Ii-1)，Ii为剂量点为Qi时的预设电流，Ii-1为剂量点为Qi-1时的预设电流，Ni-1为剂量点为Qi-1时空穴陷阱电荷参数，Ni为剂量点为Qi-1时空穴陷阱电荷参数；
其中，初始空穴陷阱电荷参数为剂量点为Q1时的空穴陷阱电荷参数N1。
上述产品可执行本发明任意实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种总剂量效应缺陷模型的确定方法，其特征在于，包括：
构建晶体管三维结构模型；
获取初始空穴陷阱电荷参数至所述晶体管三维结构模型，形成初始辐射缺陷损伤模型；
基于所述晶体管三维结构模型中设定的物理模型和数值求解方法，计算所述初始辐射缺陷损伤模型的初始归一化过剩基极电流；
确定所述初始归一化过剩基极电流为预设初始归一化过剩基极电流时，根据所述初始空穴陷阱电荷参数以及预设的每相邻两个辐射剂量点的归一化过剩基极电流之间的比例关系确定不同辐射剂量点对应的空穴陷阱电荷参数，形成不同辐射剂量点下的总剂量效应缺陷模型；
其中，辐射剂量点为Qi时的空穴陷阱电荷参数Ni＝(Ii)*(Ni-1)/(Ii-1)，Ii为辐射剂量点为Qi时的预设电流，Ii-1为辐射剂量点为Qi-1时的预设电流，Ni-1为辐射剂量点为Qi-1时空穴陷阱电荷参数，Ni为辐射剂量点为Qi-1时空穴陷阱电荷参数；
其中，所述初始空穴陷阱电荷参数为辐射剂量点为Q1时的空穴陷阱电荷参数N1。
2.根据权利要求1所述的总剂量效应缺陷模型的确定方法，其特征在于，形成不同辐射剂量点下的总剂量效应缺陷模型之后，还包括：
根据所述物理模型和所述数值求解方法，计算所述不同辐射剂量点下的总剂量效应缺陷模型的终态归一化过剩基极电流；
确定所述终态归一化过剩基极电流为预设终态归一化过剩基极电流时，则确定所述总剂量效应缺陷模型为最终总剂量效应缺陷模型。
3.根据权利要求2所述的总剂量效应缺陷模型的确定方法，其特征在于，还包括：
根据所述最终总剂量效应缺陷模型绘制总剂量效应缺陷模型内部载流子复合率变化视图；
根据所述总剂量效应缺陷模型内部载流子复合率变化视图获取总剂量效应机理。
4.根据权利要求1所述的总剂量效应缺陷模型的确定方法，其特征在于，所述晶体管三维结构模型包括发射区、基区、集电区、发射结覆盖氧化层、集电结隔离氧化层以及电极接触区域；
构建晶体管三维结构模型，包括：
获取所述发射区、所述基区、所述集电区、所述发射结覆盖氧化层、所述集电结隔离氧化层以及所述电极接触区域的掺杂类型和掺杂浓度；
根据获取的所述发射区、所述基区、所述集电区、所述发射结覆盖氧化层、所述集电结隔离氧化层以及所述电极接触区域的掺杂类型和掺杂浓度形成晶体管三维结构模型。
5.根据权利要求4所述的总剂量效应缺陷模型的确定方法，其特征在于，所述晶体管三维结构模型的发射结的发射区一侧区域为高斯掺杂向基区扩散；
所述晶体管三维结构模型的集电结的集电区一侧区域为高斯掺杂向基区扩散；
所述晶体管三维结构模型的整个基区为高斯掺杂双向扩散。
6.根据权利要求4所述的总剂量效应缺陷模型的确定方法，其特征在于，总剂量效应缺陷模型包括第一剂量率总剂量效应缺陷模型和第二剂量率总剂量效应缺陷模型；
获取初始空穴陷阱电荷参数至所述晶体管三维结构模型，形成初始辐射缺陷损伤模型，包括：
获取所述发射结覆盖氧化层与所述集电结隔离氧化层的Si/SiO2界面处的初始浅能级空穴陷阱电荷参数，以形成第一初始辐射缺陷损伤模型；
计算所述初始辐射缺陷损伤模型的初始归一化过剩基极电流，包括：
计算所述第一初始辐射缺陷损伤模型的第一初始归一化过剩基极电流；
根据所述初始空穴陷阱电荷参数以及预设的每相邻两个辐射剂量点的归一化过剩基极电流之间的比例关系确定不同辐射剂量点对应的空穴陷阱电荷参数，形成不同辐射剂量点下的总剂量效应缺陷模型，包括：
根据所述初始空穴陷阱电荷参数以及第一剂量率下的预设的每相邻两个辐射剂量点的归一化过剩基极电流之间的比例关系确定第一剂量率下的不同辐射剂量点对应的空穴陷阱电荷参数，形成第一剂量率下的不同辐射剂量点下的第一剂量率总剂量效应缺陷模型；
添加初始空穴陷阱电荷参数至所述晶体管三维结构模型，以形成初始辐射缺陷损伤模型，还包括：
获取所述发射结覆盖氧化层与所述集电结隔离氧化层的Si/SiO2界面处初始深能级空穴陷阱电荷参数，以形成第二初始辐射缺陷损伤模型；
计算所述初始辐射缺陷损伤模型的初始归一化过剩基极电流，包括：
计算所述第二初始辐射缺陷损伤模型的第二初始归一化过剩基极电流；
根据所述初始空穴陷阱电荷参数以及预设的每相邻两个辐射剂量点的归一化过剩基极电流之间的比例关系确定不同辐射剂量点对应的空穴陷阱电荷参数，形成不同辐射剂量点下的总剂量效应缺陷模型，包括：
根据所述初始空穴陷阱电荷参数以及第二剂量率下的预设的每相邻两个辐射剂量点的归一化过剩基极电流之间的比例关系确定第二剂量率下的不同辐射剂量点对应的空穴陷阱电荷参数，形成第二剂量率下的不同辐射剂量点下的第二剂量率总剂量效应缺陷模型；
所述第一剂量率的范围为A1，100rad(Si)/s≤A1≤150rad(Si)/s；
所述第二剂量率的范围为A2，0.01rad(Si)/s≤A2≤0.1rad(Si)/s。
7.根据权利要求1所述的总剂量效应缺陷模型的确定方法，其特征在于，获取初始空穴陷阱电荷参数至所述晶体管三维结构模型，形成初始辐射缺陷损伤模型，包括：
判断所述晶体管三维结构模型计算结构是否达到预设收敛标准；
若是，则获取初始空穴陷阱电荷参数至所述晶体管三维结构模型，形成初始辐射缺陷损伤模型；若否，
则调整所述晶体管三维结构模型。
8.根据权利要求1所述的总剂量效应缺陷模型的确定方法，其特征在于，不同辐射剂量点Q分别包括：50krad(Si)、100krad(Si)、200krad(Si)、300krad(Si)、500krad(Si)、800krad(Si)和1000krad(Si)。
9.根据权利要求6所述的总剂量效应缺陷模型的确定方法，其特征在于，所述浅能级空穴陷阱电荷为在距离禁带中心0.1eV-0.3eV的位置，空穴陷阱捕获截面为在1×10-16cm-2-5×10-16cm-2范围之间；
所述深能级空穴陷阱电荷为在禁带中心位置，空穴陷阱捕获截面为在5×10-16cm-2-8×10-16cm-2范围之间。
10.一种总剂量效应缺陷模型的确定装置，其特征在于，包括：
构建模型模块，用于构建晶体管三维结构模型；
初始模型形成模块，用于获取初始空穴陷阱电荷参数至所述晶体管三维结构模型，形成初始辐射缺陷损伤模型；
第一计算模块，用于基于所述晶体管三维结构模型中设定的物理模型和数值求解方法，计算所述初始辐射缺陷损伤模型的初始归一化过剩基极电流；
确定模块，用于确定所述初始归一化过剩基极电流为预设初始归一化过剩基极电流时，根据所述初始空穴陷阱电荷参数以及预设的每相邻两个辐射剂量点的归一化过剩基极电流之间的比例关系确定不同辐射剂量点对应的空穴陷阱电荷参数，形成不同辐射剂量点下的总剂量效应缺陷模型；
其中，辐射剂量点为Qi时的空穴陷阱电荷参数Ni＝(Ii)*(Ni-1)/(Ii-1)，Ii为辐射剂量点为Qi时的预设电流，Ii-1为辐射剂量点为Qi-1时的预设电流，Ni-1为辐射剂量点为Qi-1时空穴陷阱电荷参数，Ni为辐射剂量点为Qi-1时空穴陷阱电荷参数；
其中，所述初始空穴陷阱电荷参数为辐射剂量点为Q1时的空穴陷阱电荷参数N1。
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