28 nm MOSFET器件的單粒子效應(yīng)

張龍濤，曹艷榮?，任 晨，馬毛旦，呂航航，呂 玲，鄭雪峰，馬曉華

(1. 西安電子科技大學(xué) 機電工程學(xué)院；2. 寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)國家重點學(xué)科實驗室： 西安 710071)

單粒子效應(yīng)是指單個粒子入射半導(dǎo)體器件或電路導(dǎo)致器件或電路性能退化甚至失效的現(xiàn)象。其中：重離子、α粒子和質(zhì)子等帶電粒子與靶材碰撞，直接電離產(chǎn)生電子-空穴對；中子、光子等本身不帶電，通過間接電離產(chǎn)生電子-空穴對。如碰撞發(fā)生在電路的敏感節(jié)點附近，電離產(chǎn)生的漂移和擴散載流子會被電場收集，形成大的瞬態(tài)脈沖電流，當(dāng)沉積電荷超過臨界電荷后，存儲單元發(fā)生翻轉(zhuǎn)[1-2]。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，人們對電路存儲容量的要求越來越高，必然導(dǎo)致存儲電路在芯片總面積中的占比越來越高。存儲面積的增加使芯片更易被單粒子擊中，存儲器件幾何尺寸的縮小使臨界電荷變小，小的沉積電荷就能導(dǎo)致存儲單元的翻轉(zhuǎn)[3]，造成軟錯誤，甚至影響電路乃至整個電子系統(tǒng)的功能。

國內(nèi)外對單粒子效應(yīng)的研究大多在模擬仿真階段。2018年，Harrington等[4]研究了大量的FinFET器件，將TCAD仿真模擬的驅(qū)動電流與重離子數(shù)據(jù)比較，發(fā)現(xiàn)驅(qū)動電流是決定重離子輻射脈沖寬度和翻轉(zhuǎn)截面的主要因素。2019年，Hales等[5]介紹了一種新型研究重離子輻射的方法，通過將激光調(diào)諧到與所需信號相對應(yīng)的脈沖能量，可在激光產(chǎn)生的SETs與重離子測試之間實現(xiàn)強相關(guān)性，用激光模擬重離子的單粒子效應(yīng)。2020年，Dubey等[6]利用TCAD技術(shù)研究了JAM DG MOSFET器件在重離子輻照下的電學(xué)特性時發(fā)現(xiàn)：當(dāng)LET值較小時，器件的瞬態(tài)漏極電流峰值小于開態(tài)時工作電流峰值；LET值較大時，器件對重離子更加敏感，且該器件的源溝道結(jié)敏感程度低于漏溝道結(jié)。國內(nèi)多個高校和研究所也在不同方面開展了單粒子效應(yīng)研究。2019年，劉暢詠等[7]研究65 nm CMOS器件發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)N阱的摻雜濃度，可有效減小粒子入射PMOS后的雙極放大效應(yīng)。2020年，韓燕燕等[8]針對獨立3柵FinFET器件進行單粒子仿真發(fā)現(xiàn)，脈沖峰值電流與重離子在溝道中的路徑體積成正比,且最敏感區(qū)域為漏極與溝道之間的空間電荷區(qū),工作電壓會影響溝道勢壘,從而影響器件的SET。

在過去的研究中，對大尺寸器件的研究比較充分，在器件單粒子脈沖電流與驅(qū)動電流、開關(guān)態(tài)電流脈沖與LET、激光模擬重離子輻射研究單粒子效應(yīng)、瞬態(tài)電流與摻雜及器件的敏感區(qū)域等方面得出了重要結(jié)論，但對28 nm甚至更小尺寸的器件研究相對較少。單粒子效應(yīng)是制約納米電路空間應(yīng)用的主要因素，單粒子瞬態(tài)電流是28 nm及以下尺寸納米電路軟錯誤的主要來源[9]。目前，單粒子效應(yīng)研究主要有飛行實驗、地面模擬實驗[10]和計算機仿真實驗。由于實驗成本高昂，飛行和地面實驗無法追蹤輻射效應(yīng)發(fā)生過程中器件內(nèi)部電勢、電荷及電場等各種參數(shù)的變化，且對于小尺寸器件，光斑直徑大于器件尺寸導(dǎo)致難以研究單粒子效應(yīng)具體的敏感位置[11]。通過計算機仿真能更快、更方便地模擬空間高能粒子對電子器件的影響[12]。本文針對硅基MOSFET器件，對單粒子引起的單粒子瞬態(tài)特性進行了深入的研究，分析了多種關(guān)鍵因素對器件單粒子瞬態(tài)特性變化的影響機理，對硅基MOSFET器件的抗單粒子效應(yīng)加固具有一定的指導(dǎo)意義。

1 仿真器件結(jié)構(gòu)模型

1.1 器件結(jié)構(gòu)模型

本文利用TCAD軟件來搭建器件結(jié)構(gòu)模型并進行仿真。TCAD仿真軟件是一款由Silvaco公司研發(fā)的功能強大的器件設(shè)計和仿真軟件，包括工藝仿真(Athena)和器件仿真(Atlas)2個仿真工具。根據(jù)北京微電子技術(shù)研究所提供的28 nm MOSFET器件，本文利用Atlas工具構(gòu)建了3維MOSFET器件模型，如圖1所示。

圖1不僅給出了器件的結(jié)構(gòu)材料，還給出了仿真時的網(wǎng)格劃分、器件的材料組成和摻雜情況。其中：源極和漏極為N型高斯摻雜；源漏溝道為P型高斯摻雜；輕摻雜區(qū)(LDD)為N型高斯摻雜；襯底為P型摻雜；柵極采用厚度為1 nm的SiO2和厚度為2 nm的HfO2高k介質(zhì)層，與實際器件的柵氧化層結(jié)構(gòu)保持一致；器件表面還有一層Si3N4保護層。仿真中器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所列，器件的參數(shù)均結(jié)合實際器件的參數(shù)，通過閾值調(diào)整使摻雜后的器件的閾值電壓盡可能接近實際器件的0.32 V，提高仿真的可靠性和實用性。

表1 仿真中器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)Tab.1 Structure parameters of device in simulation

使用TCAD中的Atlas工具仿真器件進行工藝校正。由于單粒子效應(yīng)對工作在關(guān)態(tài)條件下器件的影響最大，因此，為研究在最壞條件下器件的輻照損傷，設(shè)置功率函數(shù)為4.1 eV，使器件的柵極和源極接地時處于完全關(guān)斷狀態(tài)。設(shè)漏極接觸電壓Vdd=0.05 V，經(jīng)功率函數(shù)調(diào)整后，得到轉(zhuǎn)移特性和跨導(dǎo)曲線，如圖2所示。

由圖2(a)可見，器件導(dǎo)通后的電流為1.0×10-5A，與實際器件的驅(qū)動電流符合較好；器件的跨導(dǎo)峰值明顯，最大跨導(dǎo)為2.157×10-5S。由圖2(b)可見，器件具有優(yōu)秀的亞閾值斜率和良好的泄漏電流控制能力，可消除關(guān)態(tài)條件下泄漏電流(約為10-8A)對瞬態(tài)電流(約為10-4A)的影響，以提高研究結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1.2 仿真物理模型與入射模型

在單粒子效應(yīng)仿真時，需在程序中添加相應(yīng)的物理模型來模擬更加真實的情況。由于載流子遷移率，禁帶寬度變窄效應(yīng)，復(fù)合作用、器件結(jié)構(gòu)和材料屬性等都會直接影響MOSFET器件內(nèi)部載流子的分布和運動，因此，在添加物理模型時要分別考慮這些因素的影響。首先，因摻雜濃度和高場飽和對載流子遷移率有影響，本文添加了依賴摻雜和電場的遷移率Fldmob和Conmob模型。另外，MOSFET器件的源漏都是重摻雜，添加重摻雜條件下的禁帶變窄效應(yīng)的Slotboom模型。同時，重離子在入射瞬間會產(chǎn)生大量感生載流子，添加對高濃度載流子計算較為準(zhǔn)確的 Fermi-Dirac載流子統(tǒng)計；一般仿真采用的普通漂移-擴散的載流子輸運模型高估了電離碰撞率，不能反映速度過沖和彈道效應(yīng)，需采用對小尺寸器件中載流子輸運計算較準(zhǔn)確的流體動力學(xué)模型；最后，載流子在輸運過程中會發(fā)生復(fù)合作用，本文添加了基于復(fù)合現(xiàn)象的SRH(Shockley-Read-Hall)復(fù)合和Auger復(fù)合模型[13]。粒子入射采用重離子轟擊模型[14]，圖3為單粒子入射模型示意圖。

由圖3可見，當(dāng)重粒子入射到器件敏感區(qū)域時，在節(jié)點和入射軌跡上形成高濃度的電子-空穴對，電子迅速被高電壓區(qū)收集，空穴被低電壓區(qū)收集，形成較大的脈沖電流，影響器件的邏輯狀態(tài)，對器件性能造成影響。粒子入射所產(chǎn)生的載流子數(shù)目可表示為[15]

G(l,r,t)=GLET(l)R(r)T(t)

(1)

其中：l為粒子的射程；R(r)和T(t)分別為電子-空穴對產(chǎn)生率的空間和時間變量。LET為線性能量傳輸密度，大小由粒子的種類、能量、射程所決定。LET定義為粒子在被轟擊的半導(dǎo)體材料單位運動路徑上所損失的能量，可表示為

(2)

其中：E為入射粒子能量；x為入射深度；ρ為器件材料的密度。圖1所示模型能較準(zhǔn)確地反應(yīng)粒子入射器件后粒子能量及內(nèi)部載流子的變化情況，可用于模擬分析單粒子效應(yīng)。

2 單粒子效應(yīng)結(jié)果與分析

利用MOSFET器件模型基礎(chǔ)，模擬分析了不同LET、漏極摻雜、入射位置、入射角度(入射粒子方向與器件表面法線之間的夾角θ)及偏置電壓的變化對單粒子效應(yīng)的影響，分析了MOSFET器件的電荷收集機制和雙極放大效應(yīng)的作用機制對器件單粒子瞬態(tài)電流的影響。

2.1 入射位置對單粒子效應(yīng)的影響

由于器件各個部位對單粒子效應(yīng)的敏感程度不同，粒子入射到各個部位產(chǎn)生的瞬態(tài)電流也不同。圖4為入射位置不同時，漏極瞬態(tài)電流Idrain隨時間t的變化關(guān)系。本文分析了不同位置入射時，器件漏極瞬態(tài)電流的變化，從源極到漏極沿溝道長度方向選取a～i共9個點，如圖4(a)所示。

由圖4 (b)可見，對于某一條曲線來說，由于器件襯底較薄，入射深度較淺，電流主要為漂移電流，而擴散拖尾電流成分較少。粒子在a點入射時，瞬態(tài)電流最小，瞬態(tài)電流峰值Ipeak為3.33×10-5A；在靠近LDD的漏位置g點入射時，瞬態(tài)電流最大，峰值達到了6.1×10-3A。由此可推測出器件的敏感位置為靠近LDD附近的漏極。圖5為漏極瞬態(tài)電流及漏極收集到的總電荷Qc隨入射位置的變化關(guān)系。由圖5可見，入射位置從源極到漏極時，瞬態(tài)電流峰值先增大后有小幅度減小，這與Hirose等研究認為的SOI器件最敏感的位置處于柵極中央有所不同[16]，主要是因為器件尺寸的減小及結(jié)構(gòu)的不同使從溝道入射對溝道電勢的影響比從其他位置入射更嚴(yán)重，增強了雙極放大效應(yīng)，導(dǎo)致入射敏感位置有所偏移。

一方面，在重離子轟擊器件時，靶材料受激發(fā)會產(chǎn)生電子-空穴對，電子在漏-體反向偏置PN結(jié)耗盡區(qū)電場的作用下被漏極收集，空穴則會留在體內(nèi)抬高體電勢，增大了電場強度，使漂移電流增大。另一方面，因漏極加有偏置電壓，粒子入射靶材后產(chǎn)生的電子-空穴對能更快地被漏極收集，與遠離漏極的區(qū)域相比，電子-空穴對的復(fù)合作用很大程度上削弱了單粒子瞬態(tài)電流，從而漏極能收集更多的載流子，瞬態(tài)電流也會隨之增大。PN結(jié)耗盡區(qū)電勢VPN隨入射位置的變化關(guān)系，如圖6所示。由圖6可見，電勢的變化規(guī)律和不同位置瞬態(tài)電流峰值的變化規(guī)律一致。因此，電勢最大的位置也就是器件對單粒子效應(yīng)最敏感的位置，這個結(jié)論為器件抗輻射加固提供了理論依據(jù)。

2.2 LET值對單粒子效應(yīng)的影響

單粒子瞬態(tài)電流取決于漏極收集到的載流子數(shù)，由式(1)可知，入射粒子的LET值影響著載流子的數(shù)目。由于單粒子效應(yīng)對關(guān)閉狀態(tài)(off-state)的器件影響更大，因此，設(shè)置柵極的電壓為0，漏極接觸電壓Vdd為0.9 V，來研究電荷收集及瞬態(tài)電流的變化情況。地面輻照環(huán)境粒子的LET值一般不大于20 MeV·cm2·mg-1，而太空應(yīng)用環(huán)境粒子的LET值可達到90 MeV·cm2·mg-1時，當(dāng)LET值從10 MeV·cm2·mg-1變化到90 MeV·cm2·mg-1時，仿真給出了瞬態(tài)電流隨時間的變化關(guān)系，如圖7所示。

由圖7可見，當(dāng)LET值為10 MeV·cm2·mg-1時，瞬態(tài)電流峰值Ipeak為1.18 mA；瞬態(tài)電流峰值和脈沖寬度都隨LET值的增大而增大；當(dāng)LET值到達90 MeV·cm2·mg-1時，瞬態(tài)電流峰值達到9.07 mA；瞬態(tài)電流峰值的來臨時間隨LET值的增大有小幅度的向后偏移。仿真結(jié)果表明，入射粒子的LET值對器件瞬態(tài)電流的影響很大。

LET值是對一個粒子入射到材料的能量轉(zhuǎn)移沉積的量化描述。在已知LET值和Si材料的平均電離能的條件下，就可知道入射粒子在單位路徑上電離的電子-空穴對的數(shù)目，因此，很容易分析得到，在Si材料的平均電離能接近于常數(shù)時，LET值越大，電子-空穴對數(shù)越多，漏極收集的電荷也會越多，瞬態(tài)電流越大。峰值時間向后偏移是因為粒子入射器件的射程服從布拉格峰分布，LET值越大，粒子在器件中的射程越大，電子-空穴對數(shù)目的峰值點與漏極收集點的距離越長，峰值向后偏移。為進一步研究不同能量粒子入射時，瞬態(tài)電流峰值對器件脈沖電流的峰值及脈沖寬度(FWHM)的影響，提取了漏極瞬態(tài)電流峰值和FWHM隨LET值的變化關(guān)系，如圖8所示。

由圖8可見，瞬態(tài)電流峰值隨LET值呈線性增長的趨勢，峰值電流線性增長因子k= 1.002×10-4A·MeV-1·cm-2·mg，而FWHM隨LET值的增大先增大隨后有小幅度的降落。由于器件尺寸較小且入射深度不大，研究小尺寸MOS器件的單粒子瞬態(tài)特性時，一般默認粒子穿過器件有源區(qū)過程中，LET值基本保持不變。另外，對于同一器件，靶材Si的平均電離能也接近常數(shù)，產(chǎn)生的載流子(電子-空穴對)數(shù)隨LET值呈線性變化關(guān)系；而載流子在傳輸過程中，由于復(fù)合作用不是很強，基本可忽略，使大部分載流子由漏極收集，因此，漏極收集的電荷量隨LET值呈近似線性變化關(guān)系。而由于LET值的增大，電子-空穴對數(shù)增加，使電子-空穴收集時間增加，脈沖寬度會隨LET值增加而增加。但當(dāng)偏置電壓和摻雜濃度為定值時，耗盡區(qū)寬度也為定值，耗盡區(qū)產(chǎn)生的電荷會達到一個飽和值，之后FWHM基本保持不變。漏極瞬態(tài)電流峰值可表示為[17]

(3)

其中：q為電荷量；ε為Si的介電常數(shù)；μn為電子遷移率；Na為溝道摻雜濃度，xp為PN結(jié)空間電荷區(qū)寬度。由于q，ε，μn都是常量，xp在摻雜濃度和外置偏置電壓一定的條件下也是常數(shù)，所以瞬態(tài)電流峰值與LET值線性相關(guān)。研究結(jié)果表明，仿真結(jié)果與數(shù)值計算結(jié)果相符。

2.3 入射角度對單粒子效應(yīng)的影響

在空間中的高能粒子是各向同性的，不同的入射角度對器件單粒子效應(yīng)的影響很大。入射位置為器件的敏感位置g點，入射粒子的LET值為30 MeV·cm2·mg-1時，仿真給出了入射角度不同時，單粒子漏極瞬態(tài)電流隨時間的變化關(guān)系。由圖9可見，隨著入射角度的增大，器件的瞬態(tài)電流增大；入射角度為0°(垂直入射)時，器件的瞬態(tài)電流峰值最小，為5.26 mA；入射角度為60°時，器件的瞬態(tài)電流峰值最大，為7.12 mA。

瞬態(tài)電流峰值隨入射角度的變化主要是因為入射經(jīng)過器件路徑的體積不同，在圖1所示模型中，粒子在器件中形成圓柱形入射路徑，因器件的橫向?qū)挾扔邢?，有效體積為入射路徑形成的截斷圓柱體，可表示為[18]

(4)

由式(8)可知，入射角度越大，入射粒子路徑的體積就越大，能電離出更多的電子-空穴對，在漏極偏置電壓的作用下，收集的電荷量越多，導(dǎo)致器件的瞬態(tài)電流越大。另外，入射方向沿反方向旋轉(zhuǎn)和沿正方向旋轉(zhuǎn)的仿真結(jié)果對稱，這與文獻[19]的研究成果一致。

2.4 漏極摻雜濃度對單粒子效應(yīng)影響

單粒子效應(yīng)作為電離輻射效應(yīng)的一種，包含能量沉積及電子-空穴對產(chǎn)生、輸運和收集等一系列有序的物理過程，而漏極摻雜濃度的變化將對這些過程中電子-空穴對的濃度及分布產(chǎn)生一定的影響，進而影響收集電荷和瞬態(tài)電流。本文研究了漏極摻雜濃度Nd對單粒子瞬態(tài)電流的影響分析其中的物理機制。摻雜濃度不同時，漏極瞬態(tài)電流和收集電荷隨時間的變化關(guān)系，如圖10所示。漏極分別摻雜了濃度為1×1018cm-3，1×1019cm-3，1×1020cm-3的磷。由圖10可見，當(dāng)Nd=1×1018cm-3時，瞬態(tài)電流峰值為5.81 mA，收集到的電荷為0.030 9 pC；當(dāng)Nd=1×1020cm-3時，瞬態(tài)電流為5 mA，收集到的電荷為0.028 9 pC；瞬態(tài)脈沖電流的寬度基本沒有變化。

一方面，由于漏極為N型摻雜，而襯底摻雜為P型，在漏極電壓的作用下，形成的反向偏置PN結(jié)，PN結(jié)耗盡區(qū)的寬度xD可表示為[20]

(5)

其中：e為電子電荷量；εs為介電常數(shù)；Vbi為耗盡區(qū)面積；Na為襯底摻雜濃度。由式(5)可知，耗盡區(qū)寬度隨漏極摻雜濃度增大而減小，導(dǎo)致耗盡區(qū)的面積減小，在耗盡區(qū)電場作用下的漂移電荷的收集量變小。雖然耗盡區(qū)面積減小會導(dǎo)致擴散收集電荷區(qū)面積增大，但擴散速度慢，大部分電子-空穴對都復(fù)合了，在瞬態(tài)脈沖電流中只占一小部分，可忽略這部分的影響。另一方面，當(dāng)摻雜濃度升高時，漏極的載流子還可中和一部分電離的電子-空穴對，減小瞬態(tài)電流，提高器件抗單粒子效應(yīng)性能。

2.5 漏極偏置電壓對單粒子效應(yīng)的影響

對工作在輻射環(huán)境下的MOSFET器件來說，不同的偏置電壓對單粒子效應(yīng)的影響程度不同。當(dāng)漏極偏置電壓分別為1.0，1.2，1.4，1.6 V，LET值為30 MeV·cm2·mg-1，垂直入射時，漏極瞬態(tài)電流和收集電荷隨時間的變化關(guān)系，如圖11所示。由圖11可見，瞬態(tài)電流峰值和漏極收集電荷都隨漏極偏置電壓的增大而增大。

漏極偏置電壓的增大導(dǎo)致耗盡區(qū)電場強度增大。漂移-擴散電流密度方程為[18]

Jn=(Jn)drf+(Jn)dif

(6)

其中： (Jn)drf為漂移電流密度；(Jn)dif為擴散電流密度；n0為平衡態(tài)電子濃度；μn為電子遷移率；Δn為電子濃度梯度；E為電場強度；Dn為電子擴散系數(shù)；x為PN結(jié)橫向位置。由式(6)得知，瞬態(tài)電流隨電場強度的增大而增大。另外，漏極偏置電壓的增大會導(dǎo)致耗盡區(qū)寬度增大，在耗盡區(qū)，入射粒子能產(chǎn)生更多的漂移載流子，漏極能收集到更多的電荷，導(dǎo)致瞬態(tài)電流增大。因此，無論是在時間上還是在空間上由漂移引起的電荷收集都得到了一定的增強，更容易引起器件發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)等軟錯誤。

2.6 單粒子效應(yīng)引起的MOSFET器件雙極放大

圖12為MOSFET結(jié)構(gòu)中的寄生晶體管示意圖。由于MOSFET器件的結(jié)構(gòu)與工藝，在器件結(jié)構(gòu)中會存在一個寄生晶體管，一般的工作條件下，寄生晶體管處于關(guān)閉狀態(tài)，對MOSFET器件的工作幾乎沒有影響。當(dāng)器件遭受重離子轟擊時，靶材受激發(fā)后產(chǎn)生電子-空穴對，由于電子遷移率遠大于空穴遷移率，電子會在漏-體反偏PN結(jié)耗盡區(qū)電場的作用下很快被漏極收集，空穴則留在襯底抬高襯底的電勢，大幅度降低了源-襯PN結(jié)的勢壘，使源-襯PN結(jié)正偏，寄生晶體管NPN被開啟。隨著器件幾何尺寸的減小，由于器件溝長的減小等效于寄生晶體管基極寬度的減小，雙極放大系數(shù)增大，單粒子效應(yīng)更加劇烈。

晶體管NPN開啟后，源極就會經(jīng)過溝道向漏極注入電子，與原始電離產(chǎn)生的電流疊加，增加漏極收集的電荷總量。為進一步研究雙極放大電荷收集的增強效應(yīng)，計算由雙極放大引起的電荷收集對總的電荷收集的貢獻，即源極向漏極注入電子的效率，用雙極增益參數(shù)β來表征[21]，可表示為

(7)

其中：Qc為漏極收集的總電荷；Qd為入射粒子穿過器件時電離所沉積的電荷。圖13為雙極放大增益隨入射位置的變化關(guān)系。

由圖13可見，雙極增益隨入射位置的增大先增大后減小。由式(7)可知，在LET值和入射路徑一定的條件下，Qd為一個常數(shù)，β就隨Qc呈線性變化關(guān)系。大部分的入射點的β都大于1，最大值為3.3。結(jié)果表明，雙極放大效應(yīng)對敏感入射點的單粒子瞬態(tài)電流影響更大。

入射位置越靠近LDD區(qū)的漏極時，雙極放大效應(yīng)越明顯。由于只有漏極加有偏置電壓，漏-襯反向偏置PN結(jié)的耗盡區(qū)寬度大于源-襯零偏PN的耗盡區(qū)寬度，因此，入射漏極時，留在PN結(jié)耗盡區(qū)的空穴數(shù)大于入射源極，導(dǎo)致重離子入射漏極時，寄生雙極管更容易被開啟，雙極增益也更大。

3 結(jié)論

作為當(dāng)今半導(dǎo)體行業(yè)的主流器件，硅基MOSFET器件熱穩(wěn)定性好、工藝成熟和集成容易，可靠性受到企業(yè)和科研機構(gòu)的重視。為研究單粒子效應(yīng)對器件的影響，本文通過SILVACO TCAD軟件構(gòu)造了MOSFET器件的3維結(jié)構(gòu)，設(shè)置了單粒子仿真的遷移率和載流子等物理模型，仿真模擬了重離子入射位置、LET值和入射角度及器件的漏極摻雜濃度、漏極偏置電壓對單粒子效應(yīng)的影響，分析了重離子入射引起器件雙極放大效應(yīng)。仿真結(jié)果表明：MOSFET器件對于單粒子效應(yīng)敏感的位置是臨近淺摻雜的漏極，通過提取耗盡區(qū)電勢，發(fā)現(xiàn)單粒子瞬態(tài)電流的峰值與電勢的高低一致；單粒子瞬態(tài)電流隨著LET值的增大而增大，且近似呈線性變化關(guān)系；瞬態(tài)電流隨著入射粒子的角度的增大而增大，其根本是入射粒子在器件內(nèi)的電離路徑增大，穿過器件的體積增大導(dǎo)致電離的電子-空穴對數(shù)增多，單粒子瞬態(tài)電流隨之增大；漏極摻雜濃度Nd的增大則會導(dǎo)致單粒子瞬態(tài)電流值減小，因為耗盡區(qū)的寬度與Nd成反比，Nd增大反而減小了單粒子瞬態(tài)電流，有利于降低單粒子效應(yīng)對器件電路的影響；漏極偏置電壓Vdd的增大導(dǎo)致耗盡區(qū)電場強度和寬度增大，使入射粒子在器件中產(chǎn)生的漂移載流子增多，導(dǎo)致器件瞬態(tài)電流增大；重離子入射引起了MOSFET器件的雙極放大，且入射位置越靠近LDD區(qū)的漏極時，雙極放大效應(yīng)越明顯。