【研究目的】16 nm 体硅 FinFET 的鳍状沟道使敏感体积沿栅宽方向呈周期离散分布，重离子入射角不仅改变径迹长度，还决定径迹在鳍、亚鳍与衬底中的分配比例，甚至决定径迹是否击中鳍。已有角度效应研究多针对单鳍或最小尺寸器件，而实际标准单元多为多鳍结构、入射点常落在鳍间，该情形下的单粒子瞬态(SET) 角度响应尚缺乏定量认识。本文旨在揭示四鳍 FinFET 鳍间中心入射时 SET 的角度依赖规律与物理机制。
【研究方法】基于 16 nm 体硅 FinFET 工艺建立四鳍三维 TCAD 结构模型，鳍高 H=40 nm、鳍宽 W=8 nm、鳍间距 p=48 nm、栅长 20 nm、等效氧化层厚度 1.0 nm、电源电压 0.8 V，并完成直流特性标定。重离子入射点固定于第二、三鳍之间 STI 间隙的几何中心，利用阵列镜像对称性排除左右不对称干扰；离子径迹采用高斯分布的径向柱状电荷沉积，其特征半径为 10 nm，在 LET固定为10 MeV·cm²/mg 下扫描 θ=0°~85°。提取漏端电流—时间瞬态变化曲线，并根据其重离子电荷密度分布图分析对应角度在不同Fin中收集电荷的贡献及变化原因。
【研究结果】四个漏端的瞬态电流对比表明，角度改变的本质是径迹与哪一根鳍的漏结空间电荷区重叠，而非单纯的路径长度变化。θ 较小时（15°~30°）径迹贴近第二、三鳍之间的间隙，仅擦过相邻鳍侧壁，电荷主要以扩散方式被邻近漏端收集，峰值电流较低，此时对于所有Fin，随着角度的增大入射粒子从未辐射到逐渐打在对应Fin上SET电流呈现增大的趋势。θ 增大后径迹依次切入相邻鳍的漏结区，与径迹最近的漏端出现最大瞬态，呈现“越近越大”的规律，远离径迹的漏端影响略小。对于两端的Fin漏极电流而言，随着角度的增加，一侧由于重离子辐射影响面积逐渐增加使瞬态电流峰值（I_peak）增大；另一侧同时由于重离子影响范围从衬底不断上移至漏体结PN结敏感区域I_peak也不断上升。对于中间的两个Fin而言，虽然受到重离子影响面积增大，影响范围也在不断上移，但是其收集电荷的LET_eff在随着角度的增大呈现下降的趋势（LET_eff=LET₀/cosθ），在这样的竞争因素下，Drain2/3表现为随着角度的增大，I_peak下降的情况。图1-4展示了不同角度入射下的重离子径迹穿过鳍的TCAD模型和Drain1和Drain2的单粒子瞬态电流，图5展示了不同角度入射下，径迹覆盖单鳍的示意图。在入射角度增大的过程中，径迹中心越接近敏感区，SET电流越大，但与此同时，径迹投影在鳍上的面积减小，会导致沉积的电荷减少，从而导致SET电流减小。这种竞争机制决定了SET电流对入射角度的依赖性。
【结论】鳍间中心入射的条件下，SET 由“未击中鳍—双鳍—多鳍”三阶段演化，其角度响应由“径迹—漏结”的几何重叠以及截面影响的LET_eff竞争共同决定，两个临界角仅由鳍间距与鳍高之比决定。

单粒子瞬态；FinFET；入射角；LET；TCAD