在這裡我們將只做照射前後都有 RTN 的元件做比較，我們將分別以低劑量
(70 mJ/cm2)、中劑量(500 mJ/cm2)以及高劑量(1000 mJ/cm2)去做分析。
3-2-1 劑量 70 mJ/cm
2在這一小節當中我們將探討 nMOSFET 在低劑量 70 mJ/cm2的照射下所產生
的影響，首先看閘極長度為 0.15
m、寬度為 0.2 m 的元件 A 的 I
D-VG特性(圖3-1)，從圖中可以看到臨界電壓(Vt)往負的方向移動了 22 mV，這代表介電層當 中有正電荷產生，而在元件關閉時漏電流的部分，照射前可以觀察到 GIDL 現象，
但照射後因為介電層中正電荷的影響使得閘極/汲極重疊處的能帶彎曲減緩，因
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此在相同的偏壓範圍沒有 GIDL 現象，而次臨界擺幅(subthreshold swing)也從 69.9
mV/decade 增加到 77.47 mV/decade，表示介面能態密度增加。根據以上觀察，輻 射確實讓元件受到了損傷因而特性變差。
RTN 的情形如圖 3-2，從圖中可以看到 RTN 發生的區域是在元件完全導通 的時候，也可以看到 VG的上升將使得缺陷填電子的機率變高因此 τc 下降而 τe
上升的情形，而照射前與照射後的時間常數也變了，推測是輻射產生的正電荷距
離產生 RTN 的缺陷太近，降低 RTN 缺陷的能障高度如圖 3-3，因而影響了時間常
數。最後由圖 3-4 的低頻雜訊的 PSD 圖看到照射前與照射後沒有明顯的改變，
斜率都在-1.65~-1.85 之間，表示元件的低頻雜訊仍以 RTN 為主，且輻射並未產
生新的 RTN 缺陷。
接著觀察閘極長度為 0.1 m、寬度為 0.2 m 的元件 B 的 ID-VG特性(圖 3-5)，
臨界電壓因為介電層正電荷的增加往負方向位移了 20 mV，而漏電流也有上升的
趨勢，這個漏電流主要產生的原因為淺溝渠隔離的 Field oxide 因為 EUV 照射後
產生正電荷[43]，使得淺溝渠隔離氧化物下方的矽表面產生空乏層，在空乏層中
介面缺陷可以作為電子-電洞對的激發中心(generation center)，因此使得漏電上升，
如圖 3-6 所示。次臨界擺幅從 76.91 mV/decade 變成 81.47 mV/decade。RTN 在不
同偏壓下的情形如圖 3-7 所示，發生在元件完全導通時且一樣有 VG上升因而τc
下降且 τe 上升的情形，此外照前與照後時間常數並沒有太大的改變，因此產生
RTN 的缺陷並沒有受到介電層中正電荷太大的影響。而低頻雜訊的 PSD 圖如圖
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3-8 所示，和元件 A 的情形一樣，照射前和照射後並沒有太大的差別。
nMOSFET 經過 70mJ/cm2的照射特性變化整理如表 3-2，元件特性確實是受
到輻射的影響而改變，RTN 部分則是照射後可能會因為介電層中的正電荷使得
缺陷能量改變而造成時間常數的變化。
3-2-2 劑量 500 mJ/cm
2分析完 70 mJ/cm2低劑量的照射情形，接著討論中劑量 500 mJ/cm2的影響。
閘極長度 0.15 m、寬度 0.2 m 的元件 C 的 ID-VG特性如圖 3-9 所示，臨界電壓
移動了-19 mV，但是漏電流相較於低劑量(70 mJ/cm2)的情形卻上升了不少，這也
代表輻射照射在淺溝渠隔離氧化物所造成的電荷密度上升，矽表面空乏區增加，
造成漏電流上升了很多，另外次臨界擺幅也從 69.46 mV/decade 增加到 77.27
mV/decade，nMOSFET 的特性明顯劣化了不少。
RTN 特性變化如圖 3-10 所呈現，發生在完全導通時，且時間常數並沒有因 為照射後而有太大的改變，代表氧化物缺陷正電荷並沒有太大的影響到 RTN 的
缺陷。低頻雜訊的 PSD 如圖 3-11 所示，斜率和大小也沒有太大的變化。
閘極長度 0.1m、寬度 0.2m 的元件 D，其 ID-VG特性如圖 3-12 所示，可以
看到臨界電壓往負位移了 20 mV， off-current 上升約 29 倍，而次臨界擺幅從 71.03
mV/decade 增加到 80.42 mV/decade，整體劣化程度和元件 C 相當。
RTN 的部分，電流隨時間變化的特性如圖 3-13 所示，有趣的是在圖 3-12 在 閘極偏壓 0.4-0.5V 附近有一個很明顯的電流抖動，剛好是 RTN 發生的區間。電
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流發生明顯抖動的主要原因是在次臨界電壓區間，電流和表面電位是指數關係，
遠比導通之後敏感，因此單一電荷的捕獲和發射，就會造成的很大的電流變化。
這個元件的 RTN 時間常數也受到了氧化物缺陷正電荷的影響，而低頻雜訊的
PSD 的圖則如圖 3-14 所示，可以看到照射前與照射後的強度有明顯上升。根據
Eq.3-1 換算 PSD 的公式:
𝑆𝐼𝑑(𝑓) = κ
1+(𝑓 𝑓⁄ )0 2 (Eq.3-1) 其中κ =<𝜏4𝜏2(△𝐼𝐷)2
𝑒>+<𝜏𝑐>，𝑓0 =2𝜋𝜏1 且1𝜏 = (<𝜏 1
𝑒>+<𝜏𝑐>)，因此我們去除掉電流改變量的因
素做歸一化，如圖 3-15 所示，就可以看到照射前後幾乎沒有什麼變化。
nMOSFET 經過 500 mJ/cm2劑量的照射影響整理如表 3-3，我們看到相較於 低劑量(70 mJ/cm2)照射，中劑量(500 mJ/cm2)照射對元件的損傷更嚴重，RTN 方
面則是和低劑量一樣有些元件的時間常數會受到改變有些則不會，取決於氧化層
中增加的正電荷和造成 RTN 的缺陷的相關位置。
3-2-3 劑量 1000 mJ/cm
2最後分析高劑量(1000 mJ/cm2)的影響。閘極長度 0.15 m、寬度 0.2 m 的元 件 E，其 ID-VG特性如圖 3-16 所示，臨界電壓往負的方向移動了 29 mV，漏電流
增加 64 倍，比中劑量照射上升更多一些，次臨界擺幅從 70.47 mV/decade 增加到
78.57 mV/decade，整體劣化更為嚴重。
RTN 的變化如圖 3-17，發生在接近導通時，一樣因為缺陷能量受到了氧化 物缺陷正電荷的影響，造成時間常數縮短，低頻雜訊的 PSD 如圖 3-18，照射前