由于负载电容的分流作用，ＳＥＴ电压会随着电容值的增加而减小，直至减少为零，此时将没有ＳＥＴ现象。温度的升高，将使得ＭＯＳ器件的载流子扩散系数变大、载流子热运动加速，从而影响ＭＯＳ器件的性能，使ＳＥＴ电压增加。不同工艺下的器件，由于器件结构的变化，即使在相同的条件下，也会产生不同的ＳＥＴ电压输出，特征尺寸越小的器件，ＳＥＴ电压对这些影响因素越敏感，如电流脉冲幅值，对于特征尺寸小的器件而言，即使很小的电流脉冲幅值也会产生ＳＥＴ现象。无论是电流脉冲幅值的增大，还是电流脉冲宽度的增加，都将会使ＦＷＨＭ增加，即电流扰动越强，对电路产生的ＳＥＴ的持续时间也将越长。而负载电容具有迟滞时间的作用，因此，电容的增加将增大ＦＷＨＭ的值。
基于ＳＰＩＣＥ软件，仿真了上述因素对ＳＥＴ的影响。其中图１中的ＣＭＯＳ器件采用ＢＳＩＭ４（Ｂｅｒｋｅｌｅｙｓｈｏｒｔ－ｃｈａｎｎｅｌ ＩＧＦＥＴ ｍｏｄｅｌ）模型，设置４５和６５ ｎｍ两种不同的技术节点，在不同技术节点下，ＣＭＯＳ器件设置为对应的典型参数［１２］，为了统一起见，下面的仿真结果中用Ｖｍ－ＶＤＤ／２表示ＳＥＴ电压，用τ表示ＦＷＨＭ，单位分别是Ｖ和ｐｓ。 脉冲幅值的影响电路中负载电容为０．７ ｆＦ，环境温度为３００ Ｋ，注入电流的脉冲宽度（ｔｗ）分别为４０和９０ ｐｓ，改变脉冲幅值，输出ＳＥＴ电压和ＦＷＨＭ，结果如图２所示，图中横坐标Ｉ０表示电流脉冲幅值。拟合误差较小，即式（２）和式（３）可以近似表示ＳＥＴ电压和ＦＷＨＭ随电流脉冲幅值Ｉ０的变化关系。仿真结果和第１节分析的结论一致，即随着电流脉冲幅值的增长，ＳＥＴ电压和ＦＷＨＭ均会增加，且ＳＥＴ电压增加到一定值时，趋于平稳。另外，４５ ｎｍ节点的ＳＥＴ输出对电流脉冲幅值的变化更加地敏感，在幅值等于１ ｍＡ时，其ＳＥＴ电压就达到了最大值，而６５ ｎｍ节点则要在１０ ｍＡ时，才达到最大值，这与ＭＯＳＦＥＴ的供应电源电压随着特征尺寸的缩减而减小有关。对于同一技术节点，两种电流脉冲宽度下的ＳＥＴ电压差值较小，但是ＦＷＨＭ则存在着很大的差异，且这种差异随着脉冲幅值的增大呈幂指数增加，这是由于随着电流脉冲幅值的增加，ＳＥＴ电压趋于最大值，而释放过剩的电荷所需要的放电时间也会显著增加。在电流脉冲幅值一定的情况下，由于电荷收集时间越短，结点电压增加越大，因此，小的脉冲宽度所对应的ＳＥＴ电压要大于大的脉冲宽度所对应的ＳＥＴ电压，而结点的放电时间随着脉冲宽度的增加而增加，故小的脉冲宽度所对应的ＦＷＨＭ要小于大的脉冲宽度所对应的ＦＷＨＭ。由于电流脉冲幅值与粒子的ＬＥＴ呈正比关系，所以对于４５ ｎｍ节点的器件，很小的ＬＥＴ也可能导致ＳＥＴ电压很大、ＦＷＨＭ很长，对ＳＥＴ更加地敏感。脉冲宽度的影响设置电路中负载电容为０．７ ｆＦ，温度为３００ Ｋ，电流脉冲幅值在４５ ｎｍ节点为５００μＡ，在６５ ｎｍ节点为３．５ ｍＡ，分别将ＴＣ１设置为１０和５０ ｐｓ，改变ＴＣ２的值，测量ＳＥＴ电压和ＦＷＨＭ，结果如图３所示。对ＳＥＴ电压和ＦＷＨＭ进行拟如前所述，ＴＣ１表示建立粒子轨迹的时间常数，ＴＣ２表示电荷收集时间常数。
当建立粒子轨迹的时间常数相同时，随着电荷收集时间常数的增加，ＳＥＴ电压近似呈式增加，ＦＷＨＭ呈式增加，且当脉冲宽度较小时，４５ ｎｍ节点对应的ＳＥＴ电压要大于６５ ｎｍ节点对应的ＳＥＴ电压，６５ ｎｍ节点的ＳＥＴ电压随着脉冲宽度的增长率更快，４５ ｎｍ节点对应的ＦＷＨＭ始终比６５ ｎｍ节点的大，且差值会随着脉冲宽度的增加而显著增加。对利用式来拟合ＳＥＴ电压随负载电容的变化，此时，对应的拟合参数ｂ是负数，用二次抛物线方程拟合ＦＷＨＭ，拟合结果如图４中的实线所示。由图４可以看出，拟合曲线和测量值间的误差较小。当电荷收集时间常数一定时，随着负载电容值的增加，ＳＥＴ电压在４５ ｎｍ技术节点比在６５ ｎｍ节点下降得快，即４５ ｎｍ技术节点的ＳＥＴ电压对负载电容的改变更加敏感。同一技术节点，电荷收集时间常数越大，相同负载电容对应的ＳＥＴ电压值越大，且这种差值会随着技术节点的缩小而减小，。 ｎｍ节点的ＦＷＨＭ呈明显的开口向下二次抛物线变化，而６５ ｎｍ节点的则呈线性变化，也就是说，进入４５ ｎｍ技术节点，电容对ＦＷＨＭ的影响更加复杂。相同负载电容时，较大的电荷收集时间常数对应的ＦＷＨＭ比较小的电荷收集时间常数对应的要大，且这种差值在４５ ｎｍ技术节点比在６５ ｎｍ节点更显著。 环境温度的影响按照２．２和２．３节设置电路的参数如下：电流脉冲宽度分别为４０和９０ ｐｓ，ＴＣ１均为１０ ｐｓ，４５ ｎｍ节点对应的脉冲幅值为５００μＡ，６５ ｎｍ节点对应的幅值为３．５ ｍＡ，负载电容为０．７ ｆＦ。改变温度值，测量ＳＥＴ输出，结果如图５所示，其中横坐标Ｔ表示环境温度，单位为Ｋ。在脉冲宽度为９０ ｐｓ时，ＳＥＴ电压与环境温度呈线性增长，且两种技术节点对应的电压值相近。在脉冲宽度为４０ ｐｓ时，ＳＥＴ电压与环境温度的变化关系比较复杂，在６５ ｎｍ节点处，ＳＥＴ电压会随着环境温度的增加，先减后增，而在４５ ｎｍ节点处，ＳＥＴ电压出现明显的先增后减、再增加的趋势，变化规律更加复杂。对于ＦＷＨＭ，随着环境温度的增加，呈现先减后增的趋势，同一技术节点下，电荷收集时间越短，ＦＷＨＭ越小，变化越平缓。相同条件下，６５ ｎｍ技术节点所对应的ＦＷＨＭ比４５ ｎｍ技术节点所对应的ＦＷＨＭ要小，且两者的差值随着环境温度的变化近似恒定。对照图５（ａ）和（ｂ）可以看出，在脉冲宽度为４０ ｐｓ的条件下，当温度在１００ Ｋ左右时，对应的ＳＥＴ电压最小、ＦＷＨＭ也最低，即产生的ＳＥＴ现象最弱。从上面的分析可以看出，电流脉冲幅值、脉冲宽度、负载电容以及环境温度对ＳＥＴ的模拟结果产生很大的影响。同时，上面的分析也为抗辐射加固技术提供了一些参考思路，即选择合适的影响因素，使得ＳＥＴ电压和ＦＷＨＭ尽可能地小，从而减弱ＳＥＴ的影响，比如减少ＬＥＴ、延长粒子轨迹建立时间、增加负载电容以及适当地降低环境温度等，都可以降低ＳＥＴ电压幅值和持续时间。
作者：刘保军 蔡理 单位：空军工程大学
