本文關(guān)鍵詞：光子引入的單粒子效應(yīng)

  更多相關(guān)文章： 復(fù)合敏感體 TCAD Geant4 光子 單粒子翻轉(zhuǎn)截面 等效LET

【摘要】：隨著空間科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,越來越多的集成電路元器件被應(yīng)用到各類航空電子系統(tǒng)中。然而,由于空間環(huán)境中含有大量的高能粒子,如質(zhì)子、重離子、伽馬射線等,這些粒子入射半導(dǎo)體器件會(huì)誘發(fā)單粒子效應(yīng),從而對(duì)電子器件的可靠性產(chǎn)生重大影響。特別是隨著集成電路工藝的不斷提高,單粒子效應(yīng)已成為影響在軌飛行航天器可靠性和使用壽命的重要因素。通常采用翻轉(zhuǎn)截面和有效LET閥值兩個(gè)指標(biāo)來評(píng)估器件的抗單粒子效應(yīng)。而通常采用的評(píng)估方法是輻射實(shí)驗(yàn)的方法,但是該方法的實(shí)驗(yàn)成本較高、不易操作,并且不能對(duì)尚處于設(shè)計(jì)階段的器件進(jìn)行抗單粒子效應(yīng)評(píng)估。因此,國內(nèi)外科研人員紛紛采用各種手段來研究器件的抗單粒子效應(yīng),以期能夠找到一種操作簡單,實(shí)驗(yàn)費(fèi)用較為便宜,并且能夠?qū)ι刑幱谠O(shè)計(jì)階段的器件進(jìn)行抗單粒子效應(yīng)預(yù)測(cè)的可靠性評(píng)估方法。針對(duì)已有抗單粒子效應(yīng)預(yù)測(cè)方法的各種局限性,本文基于TCAD軟件和Geant4軟件形成了一種評(píng)估SRAM單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)的有效方法。該方法采用光子為模擬粒子,獲得了45nm NMOS管的飽和翻轉(zhuǎn)截面和臨界LET值。本文的主要研究工作如下:1.對(duì)各種空間輻射環(huán)境和器件主要輻射效應(yīng)作了簡單介紹;對(duì)光子和重離子的單粒子效應(yīng)的物理機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)闡述,并比較了二者的異同;以SRAM為例,詳細(xì)分析了單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)機(jī)制;重點(diǎn)介紹了RPP模型和復(fù)合敏感體模型的原理,并比較了兩者的優(yōu)缺點(diǎn)。2.根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)公式,推導(dǎo)出線性吸收條件下光子能量等效重離子LET的計(jì)算公式,并綜合考慮非線性吸收效應(yīng)和器件表面鈍化層的影響,修正了計(jì)算公式。最后用實(shí)際算例驗(yàn)證了等效LET公式的正確性,并分析了產(chǎn)生誤差的原因。3.詳細(xì)介紹了TCAD軟件的結(jié)構(gòu)和物理特性,及其結(jié)合Hspice軟件的混合仿真原理;通過TCAD軟件對(duì)45nm工藝SRAM進(jìn)行三維建模和校準(zhǔn),用不同LET值的重離子垂直入射截止NMOS管的漏極中心區(qū)域,記錄漏極節(jié)點(diǎn)電壓剛好發(fā)生翻轉(zhuǎn)時(shí)的重離子LET值,此LET值即為NMOS管的臨界LET,對(duì)應(yīng)的漏極節(jié)點(diǎn)收集到的有效電荷是單粒子翻轉(zhuǎn)的臨界電荷量。通過改變重離子的入射位置,提取出復(fù)合敏感體的幾何參數(shù)和敏感系數(shù),這些參數(shù)是Geant4仿真所必須的。4.基于Geant4軟件,對(duì)探測(cè)器材料、幾何形狀,光子輸運(yùn)的物理過程,初級(jí)光子等進(jìn)行了定義;基于收集到的有效電荷,編寫了SEU判斷模塊,設(shè)置了事件循環(huán)次數(shù),并對(duì)翻轉(zhuǎn)事件次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。通過Geant4仿真,得到了不同能量光子的翻轉(zhuǎn)截面,應(yīng)用Weibull函數(shù)擬合得到?-LET曲線,將得到的模擬曲線同重離子加速器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果比對(duì),分析了引起誤差的可能原因。通過對(duì)器件表面覆蓋的金屬互聯(lián)層的研究,表明金屬互連層對(duì)光子的能量有一定的屏蔽作用。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V443

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本文編號(hào)：1139320