今天这篇文章来自成电，主要内容是富氮设计对SiC MOSFET抗辐照能力的影响，
先介绍背景，
业界通常采用NO退火工艺降低SiC MOSFET器件SiC/SiO2界面态密度，然而NO退火引入的空穴陷阱可能会恶化SiC MOSFET的抗辐射特性，
具体解释下这里的逻辑，
宇航应用中，伽马辐射引发的总电离剂量（TID）效应会导致SiC MOSFET器件性能退化乃至失效，
已有研究表明，辐照后SiC MOSFET主要失效机制是阈值电压负漂移，原因是辐照过程中栅氧化层空穴陷阱捕获大量正电荷，以至于沟道更易开启。
另一方面，SiC MOSFET器件性能亦受SiC/SiO2界面态密度的限制，SiC导带边缘附近的Dit约为1012~1013eV-1·cm-2，比Si/SiO2界面的相应值至少高2个数量级，
业界一般采用NO退火工艺降低SiC/SiO2界面态密度，但该工艺会在栅氧化层中引入空穴陷阱，进而影响器件抗辐射能力。
基于此，本文通过不同栅氧工艺，在SiC MOSFET和MOS电容的栅氧化层中引入不同含量的氮元素，再进行辐照实验，以探究氮元素含量高低对器件抗辐射能力的影响。
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两种栅氧工艺如上，姑且称为常规工艺和富氮工艺，
常规工艺是上面那种，热氧50nm→1250℃环境NO退火60min，
富氮工艺是下面那种，热氧25nm→1250℃环境NO退火60min→热氧25nm→1250℃环境NO退火60min，
即，将常规热氧50nm拆成两次热氧工艺，每次形成25nm，辅以两次相同条件的NO退火，以实现栅氧化层的富氮设计。
其他工艺、设计保持一致。
本文制备了SiC MOSFET和MOS电容，
通过对比前者在辐照前后的电学特性，分析氮含量对器件抗辐照能力的影响，
通过对比后者在辐照前后的CV特性，分析氮含量对辐照诱导电荷的影响，
另外对未经辐照、经过辐照的器件进行TDDB（经时介质击穿）实验，分析辐照对栅氧寿命的影响。
辐照实验的具体条件如下：10V正栅偏电压，Co-60伽马射线，剂量最高达到2000krad，剂量率100rad/s，
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器件在辐照前后的电学特性如上，图不太清楚，直接说结论，
1、辐照后，SiC MOSFET输出电流增大，且辐照剂量越高，电流增幅越大，
2、相同辐照剂量下，富氮器件输出电流增幅更大。
也符合之前的逻辑，富氮工艺使器件阈值电压降低，从而使输出电流增幅更大。
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这张图是导通电阻对比，左边是富氮器件，右边是常规器件，
辐照前，富氮器件导通电阻为85mΩ，常规器件导通电阻为95mΩ，
辐照后，两种器件的导通电阻均有所降低，随着剂量的增大，降幅逐渐增大，
200 krad剂量下，两种器件的降幅相仿，
600 krad和2000krad剂量下，富氮器件的降幅远超常规器件。
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两种器件辐照前后的转移特性如上，左边为富氮器件，右边为常规器件，
图仍然看不太清，直接说结论，
辐照后，两种器件的转移曲线均向左偏移（Vth降低），且富氮器件在辐照后的Vth下降更加显著，
在600krad剂量下，富氮器件甚至从常关转变为常开。
那么如何进一步细化分析两种器件的ΔVth？
作者的思路是，将ΔVth分解为ΔVot和ΔVit，
前者是由氧化层陷阱电荷引起的Vth漂移，后者是由界面陷阱电荷引起的Vth漂移，
采用中带电压法计算ΔVot，即，ΔVₒₜ=ΔVₘg，这里ΔVₘg是中带电压漂移量，
通过亚阈值电流公式算出Img，ΔVₘg即为ID等于Img时的电压值。
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一旦算出ΔVot和ΔVit，便可由上式算出ΔNot和ΔNit，前者为氧化层陷阱电荷增量，后者为界面陷阱电荷增量，
最后得到这张图，
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结论是：
1、富氮器件，ΔVth较大，ΔVot主导，且ΔNot> 1012cm-2，
2、常规器件，ΔVth较小，ΔVot主导，且ΔNot在3×1011cm-2~ 7×1011cm-2之间，
即，富氮工艺在栅氧层中引入了过量氮元素，这些氮元素在辐照时成为高效的空穴陷阱中心，俘获大量空穴形成正电荷，导致ΔNot剧增，进而导致ΔVot显著大于常规器件。
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如上，大概是这样的过程，
过量氮元素在沟道区域引入空穴陷阱，辐照过程中，空穴陷阱俘获空穴，
被俘获的空穴则在半导体表面吸引大量电子，由此导致沟道更易开启，Vth降低。
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两种MOS电容的CV曲线和Dit测试结果如上，
富氮电容的Dit更低，当（Ec-Et）=0.2eV时，Dit为2.9×1011eV-1·cm-2，而常规电容的相应值为6.7×1011eV-1·cm-2，
栅氧氮含量更高的电容Dit更低，这没有问题。
600krad剂量下，两种电容Dit变化量相仿，
换言之，更高的氮含量并未加剧辐照引起的界面态生成。
而辐照前后的CV曲线显示，富氮电容向左偏移量明显大于常规器件，这意味着氧化层陷阱电荷的变化量更大。
计算结果显示，辐照前后，富氮电容的氧化层陷阱电荷变化量为1.8×1012cm-2，而常规电容为1.2×1012cm-2，这也与此前的器件阈值电压漂移分析相吻合。
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在栅极电压46V、温度175℃条件下，对未辐照和已辐照的SiC MOSFET进行TDDB实验，结果如上，
每组8只样品，46V栅压意味着氧化层电场强度Eₒₓ为8.8 MV/cm，
栅氧寿命的威布尔曲线呈线性，斜率称为威布尔斜率（β），β越低，栅氧化层寿命越长。
结论如下：
1、辐照前不同氮含量器件的β值相近，表明在富氮设计不影响辐照前的栅氧化层寿命，
2、辐照后样品β值显著增大，表明栅氧化层寿命退化，且富氮器件β值增幅大于常规器件，即，富氮设计加剧了辐照后栅氧寿命退化。
作者的解释是：富氮设计尽管可以降低Dᵢₜ，但也引入了空穴陷阱，
在TDDB实验的高栅压应力下，富氮设计提高了器件栅氧化层中的缺陷积累速度，迅速形成低阻通路，最终导致硬击穿。
小结：
1、将常规热氧50nm拆成两次热氧工艺，每次形成25nm，辅以两次相同条件的NO退火 ，以实现栅氧化层的富氮设计，
2、辐照后，富氮器件的Vth下降更加显著，600krad及以上剂量条件下，导通电阻降幅更加明显，
原因是富氮工艺在栅氧层中引入了过量氮元素，这些氮元素在辐照时成为高效的空穴陷阱中心，俘获大量空穴形成正电荷，导致ΔNot剧增，进而导致ΔVot显著大于常规器件。
3、富氮设计不影响辐照前的栅氧化层寿命，但会加剧辐照后栅氧寿命的退化。
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