辐射会对半导产生哪些影响？ 第1页

谢Dr.侯邀

硕博期间只从事过硅和碳化硅器件的辐射效应，所以本回答只针对于传统硅工艺。

1.关于离子注入工艺

一般半导体器件和材料面临的辐射环境分为：

空间辐射环境、高能物理实验、核环境、天然环境、加工工艺引入的辐射

问题中提到的离子注入工艺属于加工工艺引入的辐射，对于现代半导体器件来说，在加工工艺中有着很多引入辐射的过程，不仅仅只有离子注入，还有干法刻蚀、电子束/X光光刻、等离子增强化学沉积、离子铣、势垒层以及金属层溅射等。

那接下来说题中问到的离子注入工艺，整个过程即在真空条件下通过静电场给杂质离子加速，使其入射进入晶圆片（wafer）表面以及内部，杂质离子会对半导体起到改性的作用，举个栗子，拿MOSFET（金属-氧化物半导体场效应晶体管）来说，工程师通常借助离子注入工艺来控制晶体管的阈值电压（可以理解为晶体管的开启电压），以及可以在工艺中生成LDD（漏端轻掺杂结构），该结构可以提高器件的长期可靠性，而且有些特定的器件，比如SOI（绝缘衬底上硅技术）器件，好像是需要注入氢离子（完了我一个搞了三年SOI的竟然忘了注什么....）。

同时离子注入会在器件内部引入损伤，即也会对半导体的物理性质产生负面影响，产生损伤的机制和入射离子的类型有关。轻重离子入射产生损伤示意图如图1,2所示（图来源：中国科学院微电子研究所）：

图1.轻离子入射产生损伤机理简图

对于轻离子， 开始时能量损失主要由电子阻止引起， 质量较靶原子轻的离子传给靶原子能量较小，被散射角度较大，只能产生数量较少的位移靶原子，因此， 注入离子运动方向的变化大，产生的损伤密度小，不重叠，但区域较大， 呈锯齿状。

图2.重离子入射产生损伤机理简图

对重离子来说， 每次碰撞传输给靶的能量较大，散射角小，获得大能量的位移原子还可使许多原子移位。 注入离子的能量损失以核碰撞为主。同时，射程较短，在小体积内有较大损伤。 重离子注入所造成的损伤区域小，损伤密度大。

说到离子注入，一定要提及的就是在紧接着离子注入工艺之后的快速热退火，进行热退火的原因有二：

一是之前注入的离子很多都在半导体晶格的间隙位置， 对载流子的输运没有贡献，通俗的讲就是效果不好，通过升温让注入杂质进入电活性位置，使之发挥百分百的功效。

二就是通过退火消除上面提到的离子注入过程中引入的缺陷与造成的损伤，恢复到正常晶格结构。

2.辐射对于半导体的应用

前面说了离子注入应用于半导体工艺方面，因为自己之前是做辐射效应（其实还是损伤为主），但也仍然在一些研究中有一些比较新奇的发现，比如：

图3 伽马辐射所导致的MOS电容栅氧层漏电降低

在某次实验中，我把130nm工艺的PD SOI MOS电容扔进钴60源放了好几个月，然后拿出来发现栅漏电明显降低了，我后续又做了几组不同剂量的实验都得到了一致的结果，这或许说明，电离辐射不一定只会造成元器件的损伤，可能在遥远的未来，伽马射线也可以用来增强器件的可靠性。

关于离子我做的研究不多，主要是国内两个重离子加速器：中科院兰州近物所的机时非常紧张，即使是兄弟单位也拿不到很多....另一个401所的离子LET值不是特别高，所以我做的伽马，中子和高低能质子实验比较多，但是和问题离得比较远，就略过了。

以及：问下半导体物理大佬们，有人见过MOS管的C-V特性曲线纵向漂移的嘛........想了仨月了....

谢邀。

1. 离子注入是对半导体材料进行掺杂的其中一种手段。方法是用相对高能的离子束照射材料表面，通过控制离子束的能量和剂量来控制注入的深度和浓度。除此之外，还有扩散法，使掺杂离子从界面透过浓度差扩散到半导体基底中。一般来说会配合加热。不过，由于扩散是向各个方向进行的，一旦需要达到一定的深度，必定难以控制宽度。
2. 辐射达到一定累积量的时候会对半导体宏观上的物理性质产生影响，比如电学性质。
3. 粒子注入就是一种应用。高能量离子将原有半导体晶格中的原子击出后，在热能的帮助下取而代之。最终形成p或n型半导体