纳米集成电路单粒子瞬变中电荷收集机理及加固方法研究

论文摘要

在纳米尺度下,单粒子效应的不仅将对航空航天应用产生更为严重的影响,而且对90nm及其以下工艺的地面应用产生的影响也愈发突出、严重。研究集成电路单粒子效应的机理及其缓解技术有着重要的意义。本文针对纳米集成电路单粒子瞬变中电荷收集机理与影响SET的若干关键因素进行研究,探讨了相关物理机制、影响因素及其相互制约关系,取得的主要研究成果如下:(1)研究了DTMOS技术对SET及电荷收集的影响。首次从物理机理上分析、评估了DTMOS技术的抗SET性能。基于反相器电路,发现DTMOS技术能够增大“恢复电流”,有效减小SET脉冲宽度,同时节省面积开销;发现DTMOS反相器SET电流脉冲以及敏感节点的电荷收集量的大小均高于一般反相器,这表明电荷收集量的概念并不能完全适用于判断电路抗SET性能的好坏,针对一种有效的抗SET手段而言,其敏感节点的电荷收集量有可能是增加的。(2)研究了三阱工艺中影响SET与电荷收集的关键因素。在三阱工艺NMOS中,低LET值的粒子的轰击引起的SET电压脉冲宽度可能显著大于高LET值粒子引起的脉冲宽度,并导致更快、更严重的双极放大效应,因此在加固设计中,必须对低LET值的情况进行仔细验证。同时,发现适当降低深N阱掺杂能够有效减少源极对P阱的电子注入量,减缓双极放大效应,提高器件的抗SET性能。(3)SOI MOSFET中SET解析模型改进。采用TCAD数值模拟方法,分析了漏极瞬时电流脉冲SET和体区电子浓度分布随时间、空间的变化情况,并从时间维度上探讨了SOI MOSFET在单粒子效应下的双极放大效应。模拟和分析表明,双极放大效应对SET脉冲形状有很大的影响。最后,在已有模型的基础上,结合双极放大系数β(t)的建模,改进了SOI MOSFET单粒子效应瞬态电流脉冲SET的模型。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 单粒子效应概述
• 1.1.1 单粒子效应机理和加固方法研究的需求迫切
• 1.1.2 单粒子效应类型
• 1.2 国内外研究现状与不足
• 1.2.1 单粒子效应中的电荷收集
• 1.2.2 电荷收集对SET的影响
• 1.2.3 电荷共享效应对SET加固的影响
• 1.2.4 DTMOS技术对单粒子效应的影响
• 1.2.5 三阱工艺对单粒子效应的影响
• 1.2.6 SOI工艺对单粒子效应的影响
• 1.2.7 相关研究存在的不足
• 1.3 本文的主要内容
• 1.4 本文的组织结构
• 第二章 DTMOS技术对SET及电荷收集的影响
• 2.1 引言
• 2.2 相关研究与不足
• 2.3 器件建模与模拟设置
• 2.4 模拟结果与分析
• 2.4.1 DTMOS技术对SET电压脉冲的影响
• 2.4.2 DTMOS技术对SET电流脉冲的影响
• 2.4.3 DTMOS技术对敏感节点电荷收集的影响
• 2.4.4 DTMOS技术对P-hit情况的影响
• 2.5 DTMOS技术加固性能评估
• 2.6 本章小结
• 第三章 三阱工艺中影响SET及电荷收集的关键因素分析
• 3.1 引言
• 3.2 相关研究与不足
• 3.3 器件建模与模拟设置
• 3.4 模拟结果与分析
• 3.4.1 入射粒子LET值对SET电压脉冲的影响
• 3.4.2 入射粒子LET值对电荷收集的影响
• 3.4.3 入射粒子LET值对双极放大效应触发速度的影响
• 3.4.4 入射粒子LET值对双极放大效应强弱的影响
• 3.4.5 P阱掺杂浓度对电荷收集的影响
• 3.4.6 深N阱掺杂浓度对电荷收集的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 SOI MOSFET中SET解析模型改进
• 4.1 引言
• 4.2 相关研究与不足
• 4.3 器件建模与模拟设置
• 4.4 SOI MOSFET瞬态电流脉冲SET
• 4.5 SET电流脉冲解析模型改进
• 4.5.1 已有的SET电流脉冲解析模型
• 4.5.2 改进的SET电流脉冲解析模型
• 4.6 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文工作总结
• 5.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果