27498

مدلسازي و تحليل تاثير تشعشع بر ترانزيستورها و مقاوم‌سازي آن‌ها

كارشناسي ارشد

مهندسي برق

1398-1401

1401/6/29

محمدعظيم كرمي

برق

در اين پايان‌نامه، اثر تخريب دوز يونيزه‌كننده كل (TID) در چندين فن‌آوري مدرن در مقياس نانو‌متري بررسي شده‌است. چندين ترانزيستور، بر اساس ساختارهاي MOSFET ، FinFET ، GAA و TFET تحت پرتوهاي يونيزان در چندين دما، چندين ولتاژ باياس و ابعاد وطول گيت‌هاي مختلف ترانزيستورها شبيه‌سازي‌شده‌اند. شبيه‌سازي‌ها، براي شناسايي مكان، چگالي و سطح انرژي عيب ناشي از تشعشع استفاده شده‌است. ترانزيستور‌هاي شبيه‌سازي‌شده از 10 كيلوراد تا 100 مگاراد تحت تابش يون‌هاي سنگين قرار‌گرفتند، كه اين مقدار در محدوده‌ي اشعه‌ي گاما قرار مي‌گيرد. اثرات TID در چندين افزاره‌ مورد مطالعه قرار‌گرفته‌اند: nMOSFET با طول گيت‌هاي 200 و 800 نانو‌متري، pMOSFET با طول گيت‌هاي 200 و 800 نانو‌متري، n FinFET 15 نانو‌متري، p FinFET 15 نانو‌متري، n GAA 10 نانو‌متري، p GAA 10 نانو‌متري، DG-TFET 50 نانو‌متري، n+ pocket DG-TFET 50 نانو‌متري و يك اينورتر. با قرار دادن n+ pocket در ترانزيستور DG-TFET اين ترانزيستور تا %20 در برابر تشعشع مقاوم شده‌است. همه نتايج تحمل TID بالا در اكسيد گيت نازك در فن‌آوري‌هاي نانومقياس را تاييد مي‌كنند، كه آن به دليل كاهش ميزان به دام افتادن حفره در عايق گيت است. در ترانزيستورهاي TFET استفاده از دي‌الكتريك گيت با ضريب دي‌الكتريك (k) بالا، مانند HfO2 به جاي SiO2، ميدان الكتريكي قوي را در محل اتصال سورس/كانال ايجاد مي‌كند. اين افزايش ميدان الكتريكي عرض مانع تونل زني را باريك‌تر مي‌كند. از اين رو، جريان روشني (Ion) بالاتر و نوسان شيب زيرآستانه تندتري ايجاد مي‌كند.

1401/09/20

Modeling and analysis of radiation effect on transistors and hardening techniques

9/20/2023 12:00:00 AM

Total ionizing radiation may affect the electrical response of electronic systems, causing variation in their electrical characteristics and reducing performance. It is necessary to study the effects of radiation in microelectronic devices in space, air, and every day’s applications that are affected by artificial or natural radiation environments. This thesis investigates the mechanisms of total ionizing dose (TID) degradation in several modern nanometer-scale technologies. Several transistors, such as MOSFET, FinFET, GAA, and TFET structures, have been simulated under ionizing radiation at several temperatures, bias voltages, and different dimensions and gate lengths of transistors. Simulations are used to identify the location, density, and energy levels of defects caused by radiation. The simulated devices were subjected to heavy ion irradiation from 10 kRad to 100 MRad, Gamma rays are in this range. TID mechanisms have been studied following technological evolution in several devices: nMOSFET 200 and 800 nm, pMOSFET 200 and 800 nm, n FinFET 15 nm, p FinFET 15 nm, n GAA 10 nm, p GAA 10 nm, DG-TFET 50 nm, n+ pocket DG-TFET 50 nm, and an inverter. The DG-TFET transistor has been made 20% more radiation resistant by adding an n+ pocket. All results confirm the high TID tolerance in thin gate oxide in nanoscale technologies due to reduced charge trapping in the gate dielectric. A new stacked gate oxide L-shaped Tunnel Field Effect Transistor (LTFET) is proposed. The stacked gate oxide structure consists of high-k and SiO2 dielectrics. The high-k dielectric provides strong electric field at the source/channel junction. This increased electric field results in more band bending and narrow tunneling barrier width. Hence, high ON-current and steep subthreshold swing are resulted for proposed device in comparison with LTFET.

تشعشع , دوز يونيزكننده كل , اثرات تك رخ‌داد , كاهش توان مصرفي , مقاوم‌سازي ترانزيستور در برابر تابش

Radiation , total ionizing dose , single event effects , power consumption reduction , radiation hardness

Hamid Reza Yaghobi

Mohamad Azim Karami