【摘要】：中國航天科技的快速發(fā)展驅(qū)動集成電路系統(tǒng)在航空航天領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用,芯片制造工藝的特征尺寸不斷縮小使得空間高能粒子輻射引發(fā)的單粒子效應(yīng)成為干擾航天控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要因素。隨著CMOS器件工藝進入到納米尺寸時電路節(jié)點的存儲電荷減少,邏輯電平翻轉(zhuǎn)的臨界電荷量降低使得半導(dǎo)體器件對重離子輻射愈加敏感,納米CMOS多器件間發(fā)生的電荷共享和單粒子多位翻轉(zhuǎn)成為單粒子效應(yīng)主要表現(xiàn)形式,目前不同阱工藝對載流子電荷傳輸方式有著很大的影響,因此多阱研究值得重點關(guān)注。針對納米CMOS器件的SEE機理研究對抗輻射加固具有很強的理論指導(dǎo)性,本文分別從物理級建模、器件級仿真和電路級加固驗證對納米CMOS器件多阱工藝的單粒子效應(yīng)機理進行了詳細研究,取得的主要研究成果可列為以下幾個部分:(1)采用基于蒙特卡羅的SRIM模擬程序追蹤一定數(shù)量的高能氦離子入射硅材料的能量損耗過程,擬合硅材料電離損傷分布得出重離子在硅的淺表層能量損耗最大,硅電離過程最為顯著,驗證電荷聚集區(qū)能為淺硅層器件的敏感節(jié)點提供大量電荷。根據(jù)氦離子電離能量的三維分布數(shù)據(jù)擬合出的氦離子平均比電離與入射深度的布拉格曲線,為重離子在硅中有效線性能量傳輸提供了換算方程,完善了數(shù)值模擬調(diào)用LET的可行性。(2)通過TCAD數(shù)值模擬軟件構(gòu)建雙阱工藝器件,重點對與非門的瞬態(tài)脈沖電流傳輸和電壓翻轉(zhuǎn)輸出進行了分析,研究了三維雙阱SRAM單元的瞬態(tài)脈沖電流主要成分并評估NMOS管的電荷收集量,采用小信號電路模型探究電荷共享對相鄰PMOS管的瞬態(tài)影響。準(zhǔn)確得出三維反相器間翻轉(zhuǎn)電壓輸出的幅值和脈寬并解釋了SET脈沖傳輸?shù)臋C理,為下一步進行三維的三阱工藝加固設(shè)計的研究提供對比參考。(3)深化研究改進型三阱器件的SET和電荷收集機理。詳細研究了三維三阱保護環(huán)SRAM單元器件與相應(yīng)的雙阱SRAM單元的SET電流脈沖波形和電荷收集的區(qū)別,定量分析了電荷收集對單粒子翻轉(zhuǎn)的貢獻值。研究發(fā)現(xiàn),三阱保護環(huán)加固設(shè)計能有效減少器件的電荷收集量,電荷減少量能達到雙阱的60%,因此三阱器件中的寄生雙極放大效應(yīng)對器件電荷收集的貢獻不明顯,說明三阱保護環(huán)布局是可行的輻射加固設(shè)計方式。(4)運用HSPICE電路仿真軟件對改進型D觸發(fā)器邏輯電路進行注入脈沖仿真驗證。分析了加固和未加固D觸發(fā)器電路在瞬態(tài)電流注入下的響應(yīng)特點,電路級仿真研究發(fā)現(xiàn)輸出緩沖電路對注入瞬態(tài)脈沖的電平響應(yīng)有著良好的減緩效果,因此該緩沖電路模塊拓撲布局方法給抗輻射加固電路設(shè)計提供一種技術(shù)參考。
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN386

【參考文獻】

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1 王長河;單粒子效應(yīng)對衛(wèi)星空間運行可靠性影響[J];半導(dǎo)體情報;1998年01期

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本文編號：2517760