本发明涉及总剂量辐射研究领域，特别是涉及一种soinmos总剂量辐射多偏置点电流模型建模方法。
背景技术：
随着航天技术的发展，大量的航天电子器件被运用到空间环境中。由于没有大气的保护，电子器件在太空中端易受到宇宙射线的影响，产生诸如单粒子效应、瞬态辐射效应、总剂量效应等辐射相关的效应。研究表明，总剂量辐射效应会使mos和双端器件的电学性能衰减，从而影响整个电路的工作状态。因此，抗辐射加固设计成为航天领域电路设计的一大热点。
绝缘体上硅(silicon-on-insulator，soi)技术由于引入埋氧层形成的介质隔离使其具有寄生电容小，低功耗，抗单粒子效应的优势，被广泛应用于抗辐射加固设计中。在soimosfet中同样存在和体硅mosfet一样的寄生结构，浅沟槽隔离(shallowthrenchinsulation，sti)因为其高集成度，高增益被作为器件隔离技术广泛应用于soimosfet中。然而，在实际工艺中，侧壁栅端会有部分延伸，这部分延伸的栅会因边缘效应在mos器件中产生一个从漏端到源端的寄生电流。
研究表明，总剂量辐射效应引起的边缘寄生晶体管的漏电是深亚微米工艺eeprom电路失效及运放性能衰退的主要机制。对于许多高性能模拟电路和抗辐射电路，建立带有总剂量辐射效应的sti侧壁晶体管电流模型可以大大减小抗辐射电路设计中反复对电路进行辐射实验的成本并缩短抗辐射电路开发周期。
因此，建立带有总剂量辐射效应的sti侧壁晶体管电流模型已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
技术实现要素：
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种soinmos总剂量辐射多偏置点电流模型建模方法，用于解决现有技术中总剂量辐射效应研究成本高、周期长等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种soinmos总剂量辐射多偏置点电流模型建模方法，所述soinmos总剂量辐射多偏置点电流模型建模方法至少包括：
通过测试获取soinmos侧壁晶体管在不同漏端偏置下的转移特性数据；
通过测试获取soinmos晶体管在不同剂量辐照及不同漏端偏置下的转移特性数据；
筛选所述soinmos侧壁晶体管在不同漏端偏置下的转移特性数据及所述soinmos晶体管在不同剂量辐照及不同漏端偏置下的转移特性数据中得到的数据，剔除晶体管损坏的情况下得到的数据，并基于筛选后的数据进行参数提取；
根据晶体管电流模型得到侧壁晶体管电流模型，在所述侧壁晶体管电流模型中引入漏致势垒降低效应的阈值电压模型、辐射效应的阈值电压偏移模型，得到侧壁晶体管总剂量辐射电流模型；
基于商用soinmos模型和所述侧壁晶体管总剂量辐射电流模型，引入侧壁晶体管总剂量辐射效应的等效栅压模型，修正总计量辐射效应的等效零偏阈值电压，提取侧壁等效晶体管的辐射参数；
合并所述商用soinmos模型及所述侧壁晶体管总剂量辐射电流模型形成soinmos总剂量辐射电流模型。
优选地，获取soinmos侧壁晶体管在不同漏端偏置下的转移特性数据的步骤包括：
提供一soinmos侧壁晶体管，分别对所述soinmos侧壁晶体管提供不同的漏端偏置电压，在各漏端偏置电压下改变所述soinmos侧壁晶体管的侧壁栅端上施加的栅测试电压，以得到相应的漏端电流，进而获得不同漏端偏置下的栅电压与漏电流的对应关系。
优选地，获取soinmos晶体管在不同剂量辐照及不同漏端偏置下的转移特性数据的步骤包括：
对soinmos晶体管进行不同剂量辐照，辐照后分别对所述soinmos晶体管提供不同的漏端偏置电压，在各漏端偏置电压下改变所述soinmos晶体管的栅端上施加的栅测试电压，以得到相应的漏端电流，进而获得不同剂量辐照及不同漏端偏置下的转移特性数据。
更优选地，辐射源为x射线；辐照偏置条件为所述soinmos侧壁晶体管的主晶体管栅端电压为3.3v；漏端电压、源端电压、体端电压及衬底电压接地。
优选地，所述侧壁晶体管电流模型满足如下关系式：
其中，ids,s为侧壁晶体管的漏电流，μs为侧壁晶体管的载流子迁移率，εox为二氧化硅的介电系数，θ为侧壁栅端与侧壁晶体管表面的夹角，l为主晶体管沟道长度，vgsteff,s为侧壁晶体管的有效过驱动电压，vdseff,s为侧壁晶体管的有效漏电压，abulk为体电荷因子，νt为热电压。更优选地，引入所述漏致势垒降低效应的阈值电压模型后的阈值电压满足如下关系：
vth,s1＝vth0,s-dibl,svds，
其中，vth,s1为引入所述漏致势垒降低效应的阈值电压模型后的阈值电压，vth0,s为总剂量辐射效应的等效零偏阈值电压，dibl,s为漏致势垒降低效应参数，vds为主晶体管的漏电压。
更优选地，引入所述辐射效应的阈值电压偏移模型后的阈值电压满足如下关系：
vth,s2＝vth0,s-δvth,s，
其中，vth,s2为引入所述辐射效应的阈值电压偏移模型后的阈值电压，vth0,s为总剂量辐射效应的等效零偏阈值电压，δvth,s为所述辐射效应的阈值电压偏移模型，k1为与辐射相关的综合系数，q为电荷常量，g0为单位质量sio2吸收1rad(sio2)能量产生的电子-空穴对数目，tox为栅氧层厚度，εox为二氧化硅的介电系数，d为辐射总剂量，τ为电荷分布系数。
更优选地，所述侧壁晶体管总剂量辐射效应的等效栅压模型满足如下关系：
vgs,s＝αvgs，
其中，vgs,s为所述侧壁晶体管总剂量辐射效应的等效栅压，α为修正系数，vgs为主晶体管的栅电压。
优选地，将引入漏致势垒降低效应的阈值电压模型的侧壁晶体管电流模型导入参数提取软件中提取soi侧壁晶体管参数，其中，参数包括侧壁晶体管的载流子迁移率、栅氧层厚度、漏致势垒降低效应参数及亚阈值斜率中的一种或几种。
优选地，所述辐射参数包括辐射总剂量或电荷分布系数中的一种或两种。
如上所述，本发明的soinmos总剂量辐射多偏置点电流模型建模方法，具有以下有益效果：
本发明的soinmos总剂量辐射多偏置点电流模型建模方法通过研究0.13μmpdsoicmos商用工艺条件下sti侧壁晶体管本身的电流特性，结合总剂量辐射效应导致mos漏电的原理，建立适用于不同偏置下的侧壁晶体管总剂量辐射效应电流模型，相对于现有建立的单一偏置晶体管总剂量模型，考虑了侧壁晶体管本身电流特性的新模型更适用于电路中处于不同偏置下的晶体管仿真，可大大减小抗辐射电路设计中反复对电路进行辐射实验的成本并缩短抗辐射电路开发周期。
附图说明
图1显示为现有技术中的soi晶体管的俯视示意图。
图2显示为现有技术中的soi晶体管的aa’截面示意图。
图3显示为本发明的soinmos总剂量辐射多偏置点电流模型建模方法的流程示意图。
图4显示为不同漏端偏置下的转移特性数据与侧壁晶体管仿真曲线对比的示意图。
图5显示为漏端偏置电压为0.1v时不同辐照剂量下的转移特性数据分别与侧壁晶体管及soinmos管的仿真曲线对比的示意图。
图6显示为漏端偏置电压为3.3v时不同辐照剂量下的转移特性数据分别与侧壁晶体管及soinmos管的仿真曲线对比的示意图。
图7显示为在ic-cap建模软件上调参时输入端口和参数设置的示意图。
元件标号说明
1soi晶体管
11源端
12漏端
13主栅
14侧壁栅端
15主晶体管
16侧壁晶体管
17边角晶体管
18体区
191栅氧层
192浅沟槽隔离
s1～s6步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1～图6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
建立完整的侧壁晶体管总剂量辐射效应电流模型，首先要研究侧壁晶体管本身的电流特性。如图1所示为soi晶体管的俯视示意图，其中，源端11及漏端12分设于主栅13的两侧，侧壁栅端14沿着所述主栅13延伸出所述源端11及所述漏端12，所述源端11及所述漏端12的侧壁形成侧壁晶体管15，通过在侧壁上添加多晶硅栅端使侧壁晶体管的电流特性曲线测试成为可能。主栅13、栅氧层191及体区18的上表面构成主晶体管15，侧壁栅端14、浅沟槽隔离192及体区18的侧壁构成在主晶体管15两侧的侧壁晶体管16，侧壁栅端14与侧壁的夹角为θ，主晶体管15与侧壁晶体管16的拐角处还形成有边角晶体管17，截面如图2所示。
在0.13μmsoicmos工艺条件下，io器件主晶体管的栅氧层厚度只有6.5纳米，而sti层通常等效的栅氧厚度约几十到上百纳米。所以，侧壁晶体管的阈值电压远大于主晶体管的阈值电压。根据bsimsoi4.2的模型手册得到正常晶体管的电流模型公式为：
其中，ids为漏电流，μ为载流子迁移率，
实施例一
如图3所示，本发明提供一种soinmos总剂量辐射多偏置点电流模型建模方法，所述soinmos总剂量辐射多偏置点电流模型建模方法包括：
步骤s1：通过测试获取soinmos侧壁晶体管在不同漏端偏置下的转移特性数据。
具体地，提供一soinmos侧壁晶体管，分别对所述soinmos侧壁晶体管提供不同的漏端偏置电压，在各漏端偏置电压下改变所述soinmos侧壁晶体管的侧壁栅端上施加的栅测试电压，以得到相应的漏端电流，进而获得不同漏端偏置下的栅电压与漏电流的对应关系。
更具体地，如图4所示，在本实施例中，所述soinmos侧壁晶体管的宽长比w/l为0.15μm/0.35μm，分别在所述soinmos侧壁晶体管的漏端施加第一漏端偏置电压(0.1v)、第二漏端偏置电压(1.7v)及第三漏端偏置电压(3.3v)，在各偏置电压下获取栅电压与漏电流的对应关系的测试值(图4中各个数据点)，对应图4中三组数据，其中左侧三组数据对应左侧对数纵坐标；右侧三组数据对应右侧线性纵坐标；两侧的数据是一致的，只是坐标进行了转换。
需要说明的是，在实际应用中可根据需要设定soinmos侧壁晶体管的尺寸、漏端偏置电压的数值和数量，不以本实施例为限。
步骤s2：通过测试获取soinmos晶体管在不同剂量辐照、不同漏端偏置下的转移特性数据。
具体地，为了建立soinmos总剂量辐射电流模型，本实施例设计了总剂量辐照测试实验，对soinmos晶体管(主晶体管+侧壁晶体管)进行不同剂量辐照，辐照后分别对所述soinmos晶体管提供不同的漏端偏置电压，在各漏端偏置电压下改变所述soinmos晶体管的栅端上施加的栅测试电压，以得到相应的漏端电流，进而获得不同剂量辐照及不同漏端偏置下的转移特性数据。
更具体地，如图5及图6所示，在本实施例中，总剂量测试采用0.13μmsoicmos工艺、t栅体接触的nmosio器件，nmosio器件的宽长比w/l＝0.13μm/0.35μm。辐射源采用美国范德堡大学的x-ray射线源，辐照器件采用最恶劣的on偏置(即栅端电压vg＝3.3v，漏端电压vd＝源端电压vs＝体端电压vb＝衬底电压vsub＝gnd)，分别选取第一剂量点50krad(si)、第二剂量点100krad(si)、第三剂量点150krad(si)及第四剂量点200krad(si)，辐射后分别在所述soinmos晶体管的漏端施加第四漏端偏置电压(0.1v)及第五漏端偏置电压(3.3v)，在各偏置电压下获取栅电压与漏电流的对应关系的测试值(图5及图6中各个数据点)与辐射前的数据对比。
步骤s3：筛选步骤s1及步骤s2中得到的数据，剔除soinmos侧壁晶体管损坏的情况下得到的数据，并基于筛选后的数据进行参数提取。
具体地，将图4、图5及图6中各组数据连接后得到光滑曲线的整组数据保留，将出现跳变点的整组数据删除，以确保用于测试的soinmos晶体管是完好的(没有损坏或出现击穿)、数据是准确的；将筛选后的数据导入参数提取软件。
步骤s4：根据晶体管电流模型得到侧壁晶体管电流模型，在所述侧壁晶体管电流模型中引入漏致势垒降低效应的阈值电压模型、辐射效应的阈值电压偏移模型，并引入侧壁晶体管总剂量辐射效应的等效栅压模型，修正总计量辐射效应的等效零偏阈值电压，拟合得到侧壁晶体管总剂量辐射电流模型。
具体地，步骤s41：根据公式(1)得到侧壁晶体管电流模型，满足如下关系式：
其中，ids,s为侧壁晶体管的漏电流，μs为侧壁晶体管的载流子迁移率，εox为二氧化硅的介电系数，θ为侧壁栅端与侧壁晶体管表面的夹角，l为主晶体管沟道长度，vgsteff,s为侧壁晶体管的有效过驱动电压，vdseff,s为侧壁晶体管的有效漏电压，abulk为体电荷因子，νt为热电压。侧壁晶体管的等效栅氧厚度tox,s满足tox,s(x)＝θw。为了简化关系，在本实施例中，vgsteff≈vgs,s-vth,s。
具体地，步骤s42：由于较厚的等效栅氧厚度使侧壁晶体管具有较大的栅氧电压(约21v)和较平缓的亚阈值斜率。侧壁晶体管中存在的漏致势垒降低(draininducedbarrierlowing，dibl)效应，在总剂量辐射下会叠加到主晶体管中。因此，通过修改阈值电压引入dibl效应，满足如下关系：
vth,s1＝vth0,s-dibl,svds(5)
其中，vth,s1为引入所述漏致势垒降低效应的阈值电压模型后的阈值电压，vth0,s为总剂量辐射效应的等效零偏阈值电压，dibl,s为漏致势垒降低效应参数，vds为主晶体管的漏电压。如图4所示，引入所述漏致势垒降低效应后的侧壁晶体管电流模型的栅电压与漏电流的对应关系曲线仿真值和测试得到的不同漏端偏置下的转移特性数据很好拟合。然后将引入所述漏致势垒降低效应后的verilog-a侧壁晶体管模型导入参数提取软件中提取侧壁晶体管参数，包括但不限于侧壁晶体管的载流子迁移率μs、栅氧层厚度tox,s、漏致势垒降低效应参数dibl,s及亚阈值斜率中的一种或几种，不以本实施例为限。
具体地，步骤s43：随着工艺尺寸的减小，栅氧厚度不断变薄，对于0.13μmpdsoicmos商用工艺，sti侧壁晶体管的总剂量辐射漏电是soi晶体管总剂量辐射效应关态漏电流产生的主要因素，而边角和前后栅的漏电影响较小。辐射导致sti内引入大量固定正电荷，导致侧壁晶体管的阈值电压减小；当剂量达到一定程度之后，阈值电压将达到饱和，不会继续负向偏移，这是由于氧化层内的陷阱正电荷达到饱和的原因。因此，引入辐射效应的阈值电压偏移模型，以得到侧壁晶体管总剂量电流模型，满足如下关系：
vth,s2＝vth0,s-δvth,s(6)
其中，vth,s2为引入所述辐射效应的阈值电压偏移模型后的阈值电压，vth0,s为总剂量辐射效应的等效零偏阈值电压，δvth,s为所述辐射效应的阈值电压偏移模型，k1为与辐射相关的综合系数，q为电荷常量，g0为单位质量sio2吸收1rad(sio2)能量产生的电子-空穴对数目，tox为栅氧层厚度，εox为二氧化硅的介电系数，d为辐射总剂量，τ为电荷分布系数。将公式(5)和公式(6)合并得到完整的侧壁晶体管阈值电压：
vth,s＝vth0,s-dibl,svds-δvth,s(8)
将完整的侧壁晶体管阈值电压引入后，得到侧壁晶体管总剂量辐射电流模型。
步骤s5：基于商用soinmos模型和所述侧壁晶体管总剂量辐射电流模型，引入侧壁晶体管总剂量辐射效应的等效栅压模型，修正总计量辐射效应的等效零偏阈值电压，提取侧壁等效晶体管的辐射参数。
具体地，将商用soi模型和侧壁晶体管总剂量辐射电流模型导入参数提取软件，整个建模调参过程在ic-cap建模软件上进行，其对应的输入端口和参数设置如图7所示，在输入参数中可以设置不同剂量点进行仿真拟合。基于图5及图6中所述soinmos晶体管在不同漏端偏置下的转移特性数据对所述侧壁晶体管总剂量电流模型调参，在调参过程中发现侧壁晶体管总剂量辐射效应辐射前的等效阈值电压约2v，远小于侧壁晶体管测试数据的阈值电压，这主要可能是因为sti侧壁氧化层较厚，侧壁栅极的电压并不是垂直加在侧壁沟道上，而辐射效应产生的正电荷在sti氧化层中，所以需要引入参数α得到侧壁晶体管总剂量辐射效应的等效栅压，满足如下关系：
vgs,s＝αvgs(9)
其中，vgs,s为所述侧壁晶体管总剂量辐射效应的等效栅压，α为修正系数，vgs为主晶体管的栅电压。同时修正总剂量辐射效应的等效零偏阈值电压vth0,s。调整载流子迁移率μs将电流最大值调至与饱和漏电流同一量级，通过调节关于总剂量阈值电压偏移k1(与辐射相关的综合系数)和τ(电荷分布系数)拟合不同剂量点的漏电流间隔。如图5及图6所示，商用soi模型和调参后侧壁晶体管总剂量辐射电流模型的栅电压与漏电流的对应关系曲线仿真值和测试得到的不同漏端偏置下的转移特性数据很好拟合。然后提取侧壁等效晶体管的辐射参数，包括但不限于辐射总剂量d、电荷分布系数τ及与辐射相关的综合系数k1中的一种或两种，不以本实施例为限。最终得到的侧壁晶体管总剂量辐射效应电流模型的hspice仿真结果如图5和图6中的虚线所示。
步骤s6：合并所述商用soinmos模型及所述侧壁晶体管总剂量辐射电流模型形成soinmos总剂量辐射电流模型。
需要说明的是，本实施例所列举的具体操作步骤仅作为一种示例，在不影响本方法实施的前提下可根据需要进行顺序的调换，不以本实施例为限。
实施例二
本实施例提供一种soinmos总剂量辐射多偏置点电流模型建模方法，与实施例一的不同之处在于，依次执行步骤s1、步骤s3、步骤s4、步骤s2、步骤s3、步骤s5及步骤s6。具体实施方式在此不一一赘述。
通过侧壁晶体管本身的电流特性和总剂量辐射效应机理相结合建立的soinmos总剂量辐射多偏置点电流模型，可以更准确地拟合出soinmos受总剂量辐射效应影响时在不同漏端偏置下的转移特性曲线，更适用于集成电路的总剂量辐射效应仿真。
综上所述，本发明提供一种soinmos总剂量辐射多偏置点电流模型建模方法，包括：通过测试获取soinmos侧壁晶体管在不同漏端偏置下的转移特性数据；通过测试获取soinmos晶体管在不同剂量辐照及不同漏端偏置下的转移特性数据；筛选所述soinmos侧壁晶体管在不同漏端偏置下的转移特性数据及所述soinmos晶体管在不同剂量辐照及不同漏端偏置下的转移特性数据中得到的数据，剔除晶体管损坏的情况下得到的数据，并基于筛选后的数据进行参数提取；根据晶体管电流模型得到侧壁晶体管电流模型，在所述侧壁晶体管电流模型中引入漏致势垒降低效应的阈值电压模型、辐射效应的阈值电压偏移模型，得到侧壁晶体管总剂量辐射电流模型；基于商用soinmos模型和所述侧壁晶体管总剂量辐射电流模型，引入侧壁晶体管总剂量辐射效应的等效栅压模型，修正总计量辐射效应的等效零偏阈值电压，提取侧壁等效晶体管的辐射参数；合并所述商用soinmos模型及所述侧壁晶体管总剂量辐射电流模型形成soinmos总剂量辐射电流模型。本发明适用于不同的漏端偏置电压下的总剂量辐射仿真；采用了侧壁晶体管分离建模的方式，充分考虑了侧壁晶体管本身所存在的dibl效应，实现了不同漏端偏置下，总剂量辐射影响不同的差异；可以更准确地拟合出soinmos受总剂量辐射效应影响时在不同漏端偏置下的转移特性曲线，更适用于集成电路的总剂量辐射效应仿真。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。