CN111291480A - 一种mos器件剂量率模型的建模方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及剂量率建模技术领域，具体涉及一种MOS器件剂量率模型的建模方法和装置。该方法包括：建立MOS器件的剂量率模型；根据所述MOS器件的沟道长度，设置所述MOS器件的漏端光电流。本发明在经过对现有的MOS器件剂量率模型进行分析研究，发现沟道长度对于剂量率也存在重要的影响，但现有的MOS器件剂量率模型并没有在建模时并没有考虑到沟道长度对于剂量率的影响，从而导致现有技术方案在计算剂量率效应敏感体积时不够精确，最终无法准确表征模拟MOS器件的剂量率效应。本发明在设置所述MOS器件的漏端光电流时，充分考虑到了MOS器件的沟道长度对剂量率效应的影响，从而准确地表征模拟出MOS器件的剂量率效应。
Description
技术领域
本发明涉及剂量率建模技术领域，具体涉及一种MOS器件剂量率模型的建模方法和装置。
背景技术
辐射环境处于我们生活的地球以及太空、宇宙中，应用在不同辐射环境下的集成电路和电子器件有可能出现相应的辐射效应，包括总剂量效应、单粒子效应、瞬时剂量率效应等。电子器件和集成电路如果应用在载人航天器和人造地球卫星中就必须考虑其相关的抗辐射性能，确保其能够在辐射环境下正常工作，否则会造成安全问题和成本浪费。
MOS器件的剂量率辐射效应是大量的粒子在短时间内入射到半导体中，产生电子空穴对，然后形成光电流，从而影响电路和电子器件状态的一种辐射效应。剂量率辐射对集成电路和电子器件是整体辐射，和单个重粒子的入射相比，虽然单位面积上的入射能量没有单粒子辐射高，但是能量在整个面积上的瞬间累积足以给电路带来很严重的影响。
现有方案中一般是在MOS器件模型的源端和漏端上引入双指数电流源来拟合剂量率瞬态电流。双指数电流源的表达式为：
其中，I0为峰值电流，τF为电流上升时间，τR为电流下降时间。
但是，双指数电流源只能在辐射脉冲宽度非常短的情况下才能与实际情况中的光电流较为近似，该方案适应性太差。
因此，现有的MOS器件剂量率模型对实际MOS器件剂量率效应的表征模拟并不准确。
发明内容
本发明的目的是提供一种MOS器件剂量率模型的建模方法和装置，以准确地表征模拟出MOS器件的剂量率效应。
本发明实施例提供了以下方案：
第一方面，本发明实施例提供一种MOS器件剂量率模型的建模方法，所述方法包括：
建立MOS器件的剂量率模型；
根据所述MOS器件的沟道长度，设置所述MOS器件的漏端光电流。
在一种可能的实施例中，所述根据所述MOS器件的沟道长度，设置所述MOS器件的漏端光电流，包括：
计算所述MOS器件的漏端光电流iphdrn(t)，具体公式为：
其中，q为电子电量，Gn为电子空穴对产生率，Xj为结深，width为所述MOS器件的宽度，length为沟道长度，LD为少子的扩散长度，XD为耗尽区宽度，τp为p型少子寿命，T为辐照持续时间，kl1为第一拟合参数。
第二方面，本发明实施例提供一种MOS器件剂量率模型的建模装置，所述装置包括：
第一剂量率模型建立模块，用于建立MOS器件的剂量率模型；
第一漏端光电流设置模块，用于根据所述MOS器件的沟道长度，设置所述MOS器件的漏端光电流。
在一种可能的实施例中，所述第一漏端光电流设置模块，包括：
第一计算模块，用于计算所述MOS器件的漏端光电流iphdrn(t)，具体公式为：
其中，q为电子电量，Gn为电子空穴对产生率，Xj为结深，width为所述MOS器件的宽度，length为沟道长度，LD为少子的扩散长度，XD为耗尽区宽度，τp为p型少子寿命，T为辐照持续时间，kl1为第一拟合参数。
第三方面，本发明实施例提供一种MOS器件剂量率模型的建模方法，所述方法包括：
建立MOS器件的剂量率模型；
根据所述MOS器件的沟道长度和源端电压，设置所述MOS器件的漏端光电流。
在一种可能的实施例中，所述根据所述MOS器件的沟道长度，设置所述MOS器件的漏端光电流，包括：
计算所述MOS器件的漏端光电流iphdrn(t)，具体公式为：
其中，q为电子电量，Gn为电子空穴对产生率，Xj为结深，width为所述MOS器件的宽度，length为沟道长度，LD为少子的扩散长度，XD为耗尽区宽度，τp为p型少子寿命，T为辐照持续时间，kl1为第一拟合参数，kbias为第二拟合参数，Vs为源端电压。
第四方面，本发明实施例提供一种MOS器件剂量率模型的建模装置，所述装置包括：
第二剂量率模型建立模块，用于建立MOS器件的剂量率模型；
第二漏端光电流设置模块，用于根据所述MOS器件的沟道长度，设置所述MOS器件的漏端光电流。
在一种可能的实施例中，所述第二漏端光电流设置模块，包括：
第二计算模块，用于计算所述MOS器件的漏端光电流iphdrn(t)，具体公式为：
其中，q为电子电量，Gn为电子空穴对产生率，Xj为结深，width为所述MOS器件的宽度，length为沟道长度，LD为少子的扩散长度，XD为耗尽区宽度，τp为p型少子寿命，T为辐照持续时间，kl1为第一拟合参数，kbias为第二拟合参数，Vs为源端电压。
第五方面，本发明实施例提供一种MOS器件剂量率模型的建模设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序以实现上述第一方面和第三方面中任一所述的方法的步骤。
第六方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时以实现上述第一方面和第三方面中任一所述的方法的步骤。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
瞬态光电流主要来自PN结耗尽区和耗尽区一侧一个扩散长度内区域产生的电子空穴对，现有的MOS器件剂量率模型仅考虑到沟道宽度对剂量率效应的影响，而本发明在经过对现有的MOS器件剂量率模型进行分析研究，发现沟道长度对于剂量率也存在重要的影响，但现有的MOS器件剂量率模型并没有在建模时并没有考虑到沟道长度对于剂量率的影响，从而导致现有技术方案在计算剂量率效应敏感体积时不够精确，最终无法准确表征模拟MOS器件的剂量率效应。
本发明在设置所述MOS器件的漏端光电流时，充分考虑到了MOS器件的沟道长度对剂量率效应的影响，从而准确地表征模拟出MOS器件的剂量率效应。
进一步地，现有的MOS器件剂量率模型仅考虑到漏端电压对漏端剂量率瞬态电流的影响，而本发明在经过对现有的MOS器件剂量率模型进行分析研究，发现源端电压对漏端剂量率瞬态光电流也存在重要的影响，但现有的MOS器件剂量率模型并没有在建模时并没有考虑到源端电压对漏端剂量率瞬态电流的影响，从而导致现有技术方案在计算剂量率效应敏感体积时不够精确，最终无法准确表征模拟MOS器件的剂量率效应。
本发明在设置所述MOS器件的漏端光电流时，还充分考虑到了MOS器件的源端电压对漏端剂量率瞬态电流的影响，从而准确地表征模拟出MOS器件的剂量率效应。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种可能的MOS器件剂量率模型的建模方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种可能的MOS器件剂量率模型的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种可能的MOS器件剂量率模型的建模装置的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种可能的MOS器件剂量率模型的建模方法的流程图；
图5是本发明实施例提供的一种不同沟道长度的MOS器件剂量率模型与实际光电流峰值的拟合结果示意图；
图6是本发明实施例提供的一种不同源端电压的MOS器件剂量率模型与实际光电流峰值的拟合结果示意图；
图7是本发明实施例提供的一种可能的MOS器件剂量率模型的建模装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明实施例保护的范围。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种可能的MOS器件剂量率模型的建模方法的流程图，包括步骤11至步骤12。
步骤11，建立MOS器件的剂量率模型。
具体来说，可以通过使用Spice软件来设置基础参数，来实现MOS器件的剂量率模型的建立。该基础参数包括MOS器件的宽度、结深、N型硅参杂浓度、少子的扩散长度、耗尽区宽度、P型硅参杂浓度和电子空穴对产生率等。
本实施例在确定好基础参数后，在Spice软件中输入这些基础参数，就能完成MOS器件的剂量率模型的建立，该过程为本领域公知常识，在此不予以赘述。
步骤12，根据所述MOS器件的沟道长度，设置所述MOS器件的漏端光电流。
具体的，在为MOS器件设置漏端光电流时，需要把MOS器件的沟道长度考虑进去，以更精准地计算剂量率效应敏感体积。
在一种可能的实施例中，本实施例还给出了一种较优的设置所述MOS器件的漏端光电流的方案。
具体方案为：所述根据所述MOS器件的沟道长度，设置所述MOS器件的漏端光电流，包括步骤1.1。
步骤1.1，计算所述MOS器件的漏端光电流iphdrn(t)，具体公式为：
其中，q为电子电量，Gn为电子空穴对产生率，Xj为结深，width为所述MOS器件的宽度，length为沟道长度，LD为少子的扩散长度，XD为耗尽区宽度，τp为p型少子寿命，T为辐照持续时间，kl1为第一拟合参数。
具体的，本实施例中，使用
来添加沟道长度对剂量率效应的影响。当沟道长度length比较大时，
的值趋向于LD；当沟道长度length比较小时，
的值趋向于0。
具体的，本实施例中，先使用TCAD(半导体工艺模拟以及器件模拟工具)模拟出具体尺寸的MOS器件的漏端光电流，然后代入上述计算公式中，即可计算出第一拟合参数kl1的具体数值。
具体的，为了更清楚地说明，如图2所示为一种可能的MOS器件剂量率模型的结构示意图，MOS管的源端、漏端之间均有PN结。SOI的收集体积计算公式为：Vol＝EX*EY*EZ。
X方向上，XD为耗尽区宽度，LD为理论计算上的扩散长度，理想情况下，EX＝XD+LD。在数值上XD比较小，LD远大于length，LD受到物理尺寸
的限制，所以EX的计算公式为：
为了数学上容易拟合，EX的表达式为：
Y方向上，EY＝width。
Z方向上，EZ＝Xj。
最终，SOI的收集体积计算公式为：
基于与方法同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种MOS器件剂量率模型的建模装置，所述装置与上述方法对应。
请参阅图3，图3为本发明实施例提供的一种可能的MOS器件剂量率模型的结构示意图，具体包括：
第一剂量率模型建立模块21，用于建立MOS器件的剂量率模型。
第一漏端光电流设置模块22，用于根据所述MOS器件的沟道长度，设置所述MOS器件的漏端光电流。
在一种可能的实施例中，所述第一漏端光电流设置模块22，包括：
第一计算模块221，用于计算所述MOS器件的漏端光电流iphdrn(t)，具体公式为：
其中，q为电子电量，Gn为电子空穴对产生率，Xj为结深，width为所述MOS器件的宽度，length为沟道长度，LD为少子的扩散长度，XD为耗尽区宽度，τp为p型少子寿命，T为辐照持续时间，kl1为第一拟合参数。
基于与方法同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种MOS器件剂量率模型的建模方法。
请参阅图4，图4为本发明实施例提供的一种可能的MOS器件剂量率模型的建模方法的流程图，包括步骤31至步骤32。
步骤31，建立MOS器件的剂量率模型。
具体来说，可以通过使用Spice软件来设置基础参数，来实现MOS器件的剂量率模型的建立。该基础参数包括MOS器件的宽度、结深、N型硅参杂浓度、少子的扩散长度、耗尽区宽度、P型硅参杂浓度和电子空穴对产生率等。
步骤32，根据所述MOS器件的沟道长度和源端电压，设置所述MOS器件的漏端光电流。
具体的，在为MOS器件设置漏端光电流时，需要把MOS器件的沟道长度和源端电压考虑进去，以更精准地计算剂量率效应敏感体积。
在一种可能的实施例中，所述根据所述MOS器件的沟道长度，设置所述MOS器件的漏端光电流，包括：
计算所述MOS器件的漏端光电流iphdrn(t)，具体公式为：
其中，q为电子电量，Gn为电子空穴对产生率，Xj为结深，width为所述MOS器件的宽度，length为沟道长度，LD为少子的扩散长度，XD为耗尽区宽度，τp为p型少子寿命，T为辐照持续时间，kl1为第一拟合参数，kbias为第二拟合参数，Vs为源端电压。
具体的，本实施例中，使用
来添加沟道长度对剂量率效应的影响。当沟道长度length比较大时，
的值趋向于LD；当沟道长度length比较小时，
的值趋向于0。
具体的，随着源端电压Vs的增加，漏端光电流最大值轻微的减小，本实施例引入类似于费米函数的乘数因子
来表征源端电压对漏端光电流的影响。其中，第二拟合参数kbias的具体数值决定着源端电压Vs影响的斜率和变化范围。
具体的，本实施例中，先使用TCAD(半导体工艺模拟以及器件模拟工具)模拟出具体尺寸的MOS器件的漏端光电流，然后代入上述计算公式中，即可计算出第一拟合参数kl1和第二拟合参数kbias的具体数值。
具体的，还以如图2所示的一种可能的MOS器件剂量率模型为例，下述表1为该MOS器件剂量率模型的相关参数。
表1
| 参数名称 | 数值 | 说明 |
| Na | 2.48e17 cm-3 | N型硅参杂浓度 |
| Nd | 2.5e20 cm-3 | P型硅参杂浓度 |
| k<sub>bias</sub> | 492 | 第二拟合参数 |
| kl1 | 0.0318 | 第一拟合参数 |
具体的，请参阅图5和图6，如图5所示为不同沟道长度的MOS器件剂量率模型与实际光电流峰值的拟合结果示意图，图6所示为不同源端电压的MOS器件剂量率模型与实际光电流峰值的拟合结果示意图。实际光电流峰值Idmax通过TCAD软件仿真模拟获得，图中的折线则是在Spice软件中使用上述计算公式生成。从图中可以清楚看到，本实施例中提供的漏端光电流计算公式非常贴合实际光电流峰值Idmax。
基于与方法同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种MOS器件剂量率模型的建模装置，与上述方法对应设置。
请参阅图7，图7为本发明实施例提供的一种可能的MOS器件剂量率模型的结构示意图，具体包括：
第二剂量率模型建立模块41，用于建立MOS器件的剂量率模型。
第二漏端光电流设置模块42，用于根据所述MOS器件的沟道长度，设置所述MOS器件的漏端光电流。
在一种可能的实施例中，所述第二漏端光电流设置模块42，包括：
第二计算模块421，用于计算所述MOS器件的漏端光电流iphdrn(t)，具体公式为：
其中，q为电子电量，Gn为电子空穴对产生率，Xj为结深，width为所述MOS器件的宽度，length为沟道长度，LD为少子的扩散长度，XD为耗尽区宽度，τp为p型少子寿命，T为辐照持续时间，kl1为第一拟合参数，kbias为第二拟合参数，Vs为源端电压。
基于与前述实施例中同样的发明构思，本发明实施例还提供一种MOS器件剂量率模型的建模设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现前文任一所述方法的步骤。
基于与前述实施例中同样的发明构思，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前文任一所述方法的步骤。
本申请实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
瞬态光电流主要来自PN结耗尽区和耗尽区一侧一个扩散长度内区域产生的电子空穴对，现有的MOS器件剂量率模型仅考虑到沟道宽度对剂量率效应的影响，而本发明实施例在经过对现有的MOS器件剂量率模型进行分析研究，发现沟道长度对于剂量率也存在重要的影响，但现有的MOS器件剂量率模型并没有在建模时并没有考虑到沟道长度对于剂量率的影响，从而导致现有技术方案在计算剂量率效应敏感体积时不够精确，最终无法准确表征模拟MOS器件的剂量率效应。
本发明实施例在设置所述MOS器件的漏端光电流时，充分考虑到了MOS器件的沟道长度对剂量率效应的影响，从而准确地表征模拟出MOS器件的剂量率效应。
进一步地，现有的MOS器件剂量率模型仅考虑到漏端电压对漏端剂量率瞬态电流的影响，而本发明实施例在经过对现有的MOS器件剂量率模型进行分析研究，发现源端电压对漏端剂量率瞬态光电流也存在重要的影响，但现有的MOS器件剂量率模型并没有在建模时并没有考虑到源端电压对漏端剂量率瞬态电流的影响，从而导致现有技术方案在计算剂量率效应敏感体积时不够精确，最终无法准确表征模拟MOS器件的剂量率效应。
本发明实施例在设置所述MOS器件的漏端光电流时，还充分考虑到了MOS器件的源端电压对漏端剂量率瞬态电流的影响，从而准确地表征模拟出MOS器件的剂量率效应。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、装置(模块、系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种MOS器件剂量率模型的建模方法，其特征在于，所述方法包括：
建立MOS器件的剂量率模型；
根据所述MOS器件的沟道长度，设置所述MOS器件的漏端光电流。
2.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述根据所述MOS器件的沟道长度，设置所述MOS器件的漏端光电流，包括：
计算所述MOS器件的漏端光电流iphdrn(t)，具体公式为：
其中，q为电子电量，Gn为电子空穴对产生率，Xj为结深，width为所述MOS器件的宽度，length为沟道长度，LD为少子的扩散长度，XD为耗尽区宽度，τp为p型少子寿命，T为辐照持续时间，kl1为第一拟合参数。
3.一种MOS器件剂量率模型的建模装置，其特征在于，所述装置包括：
第一剂量率模型建立模块，用于建立MOS器件的剂量率模型；
第一漏端光电流设置模块，用于根据所述MOS器件的沟道长度，设置所述MOS器件的漏端光电流。
4.根据权利要求3所述的建模装置，其特征在于，所述第一漏端光电流设置模块，包括：
第一计算模块，用于计算所述MOS器件的漏端光电流iphdrn(t)，具体公式为：
其中，q为电子电量，Gn为电子空穴对产生率，Xj为结深，width为所述MOS器件的宽度，length为沟道长度，LD为少子的扩散长度，XD为耗尽区宽度，τp为p型少子寿命，T为辐照持续时间，kl1为第一拟合参数。
5.一种MOS器件剂量率模型的建模方法，其特征在于，所述方法包括：
建立MOS器件的剂量率模型；
根据所述MOS器件的沟道长度和源端电压，设置所述MOS器件的漏端光电流。
6.根据权利要求5所述的建模方法，其特征在于，所述根据所述MOS器件的沟道长度，设置所述MOS器件的漏端光电流，包括：
计算所述MOS器件的漏端光电流iphdrn(t)，具体公式为：
其中，q为电子电量，Gn为电子空穴对产生率，Xj为结深，width为所述MOS器件的宽度，length为沟道长度，LD为少子的扩散长度，XD为耗尽区宽度，τp为p型少子寿命，T为辐照持续时间，kl1为第一拟合参数，kbias为第二拟合参数，Vs为源端电压。
7.一种MOS器件剂量率模型的建模装置，其特征在于，所述装置包括：
第二剂量率模型建立模块，用于建立MOS器件的剂量率模型；
第二漏端光电流设置模块，用于根据所述MOS器件的沟道长度，设置所述MOS器件的漏端光电流。
8.根据权利要求7所述的建模装置，其特征在于，所述第二漏端光电流设置模块，包括：
第二计算模块，用于计算所述MOS器件的漏端光电流iphdrn(t)，具体公式为：
其中，q为电子电量，Gn为电子空穴对产生率，Xj为结深，width为所述MOS器件的宽度，length为沟道长度，LD为少子的扩散长度，XD为耗尽区宽度，τp为p型少子寿命，T为辐照持续时间，kl1为第一拟合参数，kbias为第二拟合参数，Vs为源端电压。
9.一种MOS器件剂量率模型的建模设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序以实现权利要求1、2、5或6所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时以实现权利要求1、2、5或6所述的方法的步骤。
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2020
- 2020-01-21 CN CN202010071227.0A patent/CN111291480A/zh active Pending
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