22. 辐射（Radiation）

本章描述Sentaurus Device中使用的辐射模型。

当高能粒子穿透半导体器件时，它们通过产生电子-空穴对来沉积能量。这些电荷会干扰器件的正常运行。本章描述了伽马辐射、α粒子和重离子载流子产生的模型。

伽马辐射载流子产生

要激活伽马辐射模型，在Physics部分中指定关键字Radiation(...)，带有可选参数。例如：

bash

Physics { ...
    Radiation(
        Dose = <float> | DoseRate = <float>
        DoseTime = (<float>,<float>)
        DoseTSigma = <float>
    )
}

其中：

•

DoseRate（单位rad/s）表示公式(802)中的。

•

可选的DoseTime（单位s）允许指定以恒定DoseRate曝光的时间段。

•

DoseTSigma（单位s）可以与DoseTime结合使用，以指定辐射曝光的高斯上升和下降的标准偏差。

•

作为DoseRate的替代方案，可以指定Dose（单位rad）来表示DoseTime间隔内的总辐射曝光。在这种情况下，必须指定DoseTime。

要在绘图中绘制伽马辐射产生的产生率，请在Plot部分指定RadiationGeneration。

产额函数

辐射产生的电子-空穴对是一个与电场有关的过程[1]，建模如下：

其中是剂量率，是电子-空穴对的产生率，、和是常数。

所有这些常数都可以在Sentaurus Device的参数文件中指定，如下所示：

bash

Radiation {
    g = 7.6000e+12   # [1/(rad*cm^3)]
    E0 = 0.1          # [V/cm]
    E1 = 1.3500e+06   # [V/cm]
    m = 0.9           # [1]
}

α粒子载流子产生

要激活α粒子模型，在Physics部分中指定关键字AlphaParticle(...)，带有可选参数。例如：

bash

Physics { ...
    AlphaParticle (<keyword_options>)
}

表288（第1728页）列出了α粒子的关键字选项。

要在绘图中绘制由于α粒子产生的瞬时产生率，请指定AlphaGeneration。要绘制，请指定AlphaCharge。

注意： α粒子的产生不能用于稳态仿真，只能用于瞬态仿真。瞬态开始前产生的电子-空穴对数会添加到仿真开始时的载流子密度中。

使用α粒子模型

能量为的α粒子引起的产生率按以下公式计算[2]：

当时适用上述公式；当时，。

其中是沿粒子路径的坐标，和是垂直于的坐标。入射方向和位置分别在命令文件的Physics部分中使用关键字Direction和Location定义。参数是由关键字Time定义的产生峰值时间。也可以使用高斯时间依赖性来模拟典型脉冲激光或电子束引起的产生。

布拉格峰的最大值通过多项式函数拟合数据[3]：

参数由下式给出：

缩放因子由下式确定：

其中是产生一个电子-空穴对所需的平均能量。表141列出了其余参数。它们在AlphaParticle参数集中可用，对能量在1 MeV到10 MeV之间的α粒子有效。

表141：α粒子载流子产生的系数

参数名	默认值	单位
		s
		cm
	-	-
Alpha2	-	-
Alpha3	-	-
Alpha	-	-
a0	-	-
a1	-	-
a2	-	-
Ep	3.6	eV

α粒子示例

以下示例展示了使用α粒子模型的典型配置：

bash

Physics {
    AlphaParticle (
        Direction = (0, 0, 1)
        Location = (0.5, 0.5)
        Time = 1e-9
        Energy = 5
        Gaussian
    )
}

重离子载流子产生

当高能离子穿透半导体器件时，它们沉积能量并产生电子-空穴对。Sentaurus Device提供了用于模拟重离子效应的重离子模型。

要激活重离子模型，在Physics部分中指定关键字HeavyIon(...)：

bash

Physics { ...
    HeavyIon (
        Direction = <vector>
        Location = <vector>
        Time = <float>
        Length = <float>
        LET = <float>
        Wt = <float>
    )
}

重离子物理模型

重离子模型的产生率由线性能量转移（LET）函数描述。LET表示离子轨迹沿线单位长度沉积的能量。

产生率由下式给出：

其中是空间分布函数，是时间分布函数，是产生一个电子-空穴对所需的能量。

重离子模型参数

•

Direction：离子轨迹方向向量

•

Location：离子入射位置

•

Time：离子穿过器件的时间

•

Length：轨迹长度

•

LET：线性能量转移值

•

Wt：轨迹半径参数

重离子示例

示例1

轨迹在整个轨迹上具有恒定的LET值0.2 pC/µm。轨迹长度为1 µm（ µm），重离子在0.1 ps时穿过器件。LET的单位为pC/µm，空间分布为高斯分布。

bash

Physics {
    Recombination ( SRH(DopingDependence) )
    Mobility (DopingDependence Enormal HighFieldSaturation)
    HeavyIon (
        Direction=(0,1)
        Location=(1.5,0)
        Time=1.0e-13
        Length=1
        Wt_hi=3
        LET_f=0.2
        Gaussian
        PicoCoulomb
    )
}
Plot { eDensity hDensity ElectricField HeavyIonChargeDensity }

示例2

LET和半径（Wt_hi）值是沿轨迹位置（此时 cm）的函数。数组条目之间进行线性插值。LET的单位为pairs/cm³（因为未指定PicoCoulomb），Length和Wt_hi的单位为厘米。

bash

Physics {
    Recombination ( SRH(DopingDependence) )
    HeavyIon (
        Direction=(0,1)
        Location=(1.5,0)
        Time=1.0e-13
        Length = [1e-4 1.5e-4 1.6e-4 1.7e-4]
        LET_f = [1e6 2e6 3e6 4e6]
        Wt_hi = [0.3e-4 0.2e-4 0.25e-4 0.1e-4]
        Exponential
    )
}

示例3

此示例说明模型中的多次离子撞击。

bash

Physics {
    Recombination ( SRH(DopingDependence) )
    HeavyIon (
        Direction=(0,1)
        Location=(0,0)
        Time=1.0e-13
        Length = [1e-4 1.5e-4 1.6e-4 1.7e-4]
        LET_f = [1e6 2e6 3e6 4e6]
        Wt_hi = [0.3e-4 0.2e-4 0.25e-4 0.1e-4]
    )
    HeavyIon ("Ion1") (
        Direction=(0,1)
        Location=(1,0)
        Time=1.0e-13
        Length = [1e-4 1.5e-4 1.6e-4 1.7e-4]
        LET_f = [1e6 2e6 3e6 4e6]
        Wt_hi = [0.3e-4 0.2e-4 0.25e-4 0.1e-4]
    )
}

参考文献

[1] [辐射效应参考文献]

[2] [α粒子模型参考文献]

[3] [布拉格峰拟合参考文献]

22. 辐射（Radiation） ​

伽马辐射载流子产生 ​

产额函数 ​

α粒子载流子产生 ​

使用α粒子模型 ​

α粒子示例 ​

重离子载流子产生 ​

重离子物理模型 ​

重离子模型参数 ​

重离子示例 ​

参考文献 ​

22. 辐射（Radiation）

伽马辐射载流子产生

产额函数

α粒子载流子产生

使用α粒子模型

α粒子示例

重离子载流子产生

重离子物理模型

重离子模型参数

重离子示例

参考文献