При переходе от планарных структур MOSFET к трехмерным структурам FinFET обеспечивается стойкость к разным видам облучения. Однако характеристики облученных приборов, созданных на разных предприятиях-изготовителях, существенно различаются, и объяснить зависимость радиационной стойкости структур FinFET от вариаций их физико-топологических параметров и электрических режимов достаточно сложно. В работе разработана радиационная версия TCAD-модели МОП-транзистора со структурой FinFET на объемном кремнии. В базовую модель нанометрового МОП-транзистора введены дополнительные специфические для структур FinFET полуэмпирические радиационные зависимости для эффективной подвижности носителей заряда, концентрации ловушек в объемах оксидов SiO и HfO и на поверхностях раздела оксид - кремний. Модель реализована в среде Sentaurus Synopsys TCAD. Валидация модели проведена на тестовом наборе структур FinFET с длиной канала от 60 до 7 нм без облучения и в диапазоне доз гамма-облучения до 1 Мрад. Сравнение статических ВАХ, полученных путем моделирования, с результатами эксперимента показало погрешность, не превышающую 15 %.
Проведено тестирование встроенных в Sentaurus TCAD моделей электрофизических эффектов. Выбраны модели, обеспечивающие адекватное описание глубокосубмикронных МОПТ-структур с high- k диэлектриком затвора. Рассчитаны токи утечки 45-нм МОПТ-структуры с поликремниевым затвором и SiO, SiO/HfO, HfO диэлектриком затвора. Показано, что замена традиционного диэлектрика SiO на эквивалентный ему диэлектрик HfO на несколько порядков уменьшает ток утечки затвора за счет исключения влияния эффекта туннелирования. При этом пороговое напряжение, ток насыщения, подвижность носителей в канале, крутизна ВАХ деградируют в допустимых пределах 10-20%.
Суб-100-нм КМОП-технология с high-k подзатворным диэлектриком - одна из базовых технологий изготовления цифровых, аналоговых и радиочастотных СБИС и систем на кристалле. В работе моделируется воздействие ионизирующего излучения на 45-нм МОП-транзисторы с high-k диэлектриком, изготовленные по технологии на объемном кремнии и КНИ. Указаны эффекты, возникающие при замене диэлектрика SiO на high-k диэлектрик. Описан выбор и настройка физических моделей для моделирования МОП-транзисторов с high-k диэлектриком в системе TCAD Sentaurus Synopsys. Разработан и введен набор новых полуэмпирических моделей, учитывающих деградацию радиационно-зависимых параметров от воздействия ионизирующего излучения: подвижность, время жизни, зависимость плотности заряда в объеме SiO и HfO и на границах HfO/Si от дозы ионизирующего излучения. Проведено моделирование нанометровых МОП-транзисторов с high-k диэлектриком, изготовленных по технологии на объемном кремнии и КНИ. Показано, что для нанометровых КНИ-структур увеличение тока стока после облучения обусловливается накоплением заряда в боковом оксиде. Достигнуто приемлемое соотношение между результатами моделирования и экспериментальными данными. Результаты моделирования подтверждают, что суб-100-нм МОП-транзисторы с high-k диэлектриком по сравнению с традиционными МОП-транзисторами с диэлектриком SiO подавляют ток утечки. Однако остальные важные параметры суб-100-нм МОП-транзисторов с high-k диэлектриком более чувствительны к ионизационному облучению.
КНИ МОП-транзисторы имеют худшие условия для отвода тепла из рабочей области, что негативно сказывается на надежности и производительности микросхем. С помощью TCAD-моделирования исследован эффект саморазогрева в структурах КНИ МОП-транзистора с различной конфигурацией скрытого оксида: традиционная структура на объемном кремнии, структура кремний на изоляторе, структура с «окном» в скрытом оксиде (SELBOX), КНИ-структура с неполным скрытым оксидом (Partial SOI), КНИ-структура с тонким скрытым оксидом (thin-BOX SOI), КНИ-структура с тонким карманом и тонким оксидом (UTBB SOI) и КНИ-структура с L -образным скрытым оксидом (Quasi-SOI). Показано, что для новых конструкций значение максимальной температуры в структуре прибора существенно снижается по сравнению с Т стандартной структуры КНИ МОП-транзистора, приближаясь к значениям, характерным для стандартных МОП-транзисторов на объемном кремнии.