纳米CMOS器件单粒子瞬态效应机理及若干影响因素研究

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在航天领域，单粒子瞬态效应（SET）是空间工作的集成电路不可避免的可靠性问题。集成电路工艺的缩减导致工作电压降低、工作频率升高，导致单粒子瞬态效应更加严重。本文探讨了通过改变阱接触面积和结深等器件结构对单粒子瞬态效应的影响。
　　本文的主要内容以及研究成果如下：
　　（1）探讨了在65nm CMOS工艺下阱接触面积对于SET脉冲宽度的影响。模拟结果表明，在考虑了多个器件电荷收集的情况下，增加阱接触面积对于抑制SET脉冲并不总是有效。改变入射粒子LET的值和晶体管间距，都可能导致阱接触面积对SET脉冲宽度的影响所呈现的趋势不同。结果表明，增加阱接触面积对于减小SET脉冲宽度并不总是有利的。另外，当入射粒子种类不同或晶体管间距不同的情况下，阱接触面积对SET脉冲宽度的影响也呈现出不同的趋势。因此，设计者需要考虑实际应用电路的辐射环境和版图设计等因素，以确定合适的阱接触大小。
　　（2）以65nm体硅器件为研究对象，分析了结深对器件电荷收集以及单粒子瞬态的影响趋势及影响机理，以及不同结深在电压和温度等工作条件改变下的变化趋势。结果表明，N+-N、P+-P结对晶体管单粒子瞬态的影响机理与NP结对晶体管单粒子瞬态的影响机理不同。前者主要是影响寄生双极放大效应，后者主要是影响载流子的漂移扩散过程。在本文所考虑的四种结中，N+-N结的变化对PMOS晶体管单粒子瞬态脉冲宽度的影响最为显著。这是因为在双阱工艺中，PMOS晶体管受寄生双极放大效应的影响最为明显。N+-N、P+-P结在不同电压下的SET脉冲宽度差异性较为明显，NP结在不同温度下的SET脉冲宽度差异性较为显著。这主要是由于电压和温度分别对寄生双极放大效应以及漂移扩散过程产生影响。从以上结论中可以看出，结深的变化对晶体管单粒子瞬态效应具有一定的影响。不同工艺具有不同的结深，特别是当工艺尺寸缩减之后，工艺起伏的影响会越来越严重，这就使得在同种工艺下晶体管也会具有不同的结深。因此，必须在未来抗辐照集成电路设计中充分考虑结深的变化。

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作者
刘蓉容;
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作者单位

国防科学技术大学;

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授予单位国防科学技术大学;
学科软件工程
授予学位硕士
导师姓名窦强;
年度 2016
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 BICMOS（双极-MOS混合）集成电路;设计;
关键词
纳米CMOS器件; 集成电路工艺; 脉冲宽度; 单粒子瞬态效应; 阱接触面积; 版图设计;

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