锗硅异质结双极晶体管空间辐射效应研究进展

异质结带隙渐变使锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT)具有良好的温度特性,可承受-180~+200 ℃的极端温度,在空间极端环境领域具有诱人的应用前景。然而,SiGe HBT器件由于材料和工艺结构的新特征,其空间辐射效应表现出不同于体硅器件的复杂特征。本文详述了SiGe HBT的空间辐射效应研究现状,重点介绍了国产工艺SiGe HBT的单粒子效应、总剂量效应、低剂量率辐射损伤增强效应以及辐射协同效应的研究进展。研究表明,SiGe HBT作为双极晶体管的重要类型,普遍具有较好的抗总剂量和位移损伤效应的能力,但单粒子效应是制约其空间应用的瓶颈问题。由于工艺的不同,国产SiGe HBT还表现出显著的低剂量率辐射损伤增强效应响应和辐射协同效应。     

基于SOI工艺的二极管瞬时剂量率效应数值模拟

为研究SOI MOS器件中寄生PN二极管在瞬时剂量率辐射下产生的光电流效应,采用TCAD工具,对0.13 μm SOI工艺的PN二极管进行建模,数值模拟了二极管光电流变化与不同瞬态γ剂量率辐照之间的关系.通过模拟PN+型、P+N型两种二极管结构在不同偏置电压、不同剂量率辐射下的抗瞬时剂量率辐射能力,可以得出当瞬时剂量率...     

SiGe HBT的脉冲中子及γ辐射效应

测量了反应堆脉冲中子及γ辐照SiGe HBT典型电参数变化.在反应堆1×1013cm-2的脉冲中子注量和256.85Gy(Si)γ总剂量辐照后,SiGe HBT静态共射极直流增益减小了20%.辐照后基极电流、结漏电流增大,集电极电流、击穿电压减小.特征截止频率fT基本不变,fmax略有减小.初步分析了SiGe HBT反应堆脉冲中子及γ辐射的损伤机理.     

SiGe HBT的脉冲中子及γ辐射效应

测量了反应堆脉冲中子及γ辐照SiGe HBT典型电参数变化.在反应堆1×1013cm-2的脉冲中子注量和256.85Gy(Si)γ总剂量辐照后,SiGe HBT静态共射极直流增益减小了20%.辐照后基极电流、结漏电流增大,集电极电流、击穿电压减小.特征截止频率fT基本不变,fmax略有减小.初步分析了SiGe HBT反应堆脉冲中子及γ辐射的损伤机理.     

瞬时剂量率效应激光模拟测试技术

瞬时剂量率辐射效应模拟测试存在着试验资源有限、环境电磁干扰强、重复性不高等不利因素。本文开发了瞬时剂量率效应脉冲激光模拟测试技术,以1 064 nm激光构建完整精细的剂量率效应地面模拟测试系统。利用此系统开展了不同工艺节点、不同沟道类型、不同衬底形式的瞬时剂量率效应实验研究。仿真实验结果表明相同条件下,体硅器件光电流比绝缘衬底上的硅(SOI)器件大10倍以上,光电流受源漏电压影响也大于SOI器件。     

重离子成角度入射导致的锗硅异质结双极晶体管单粒子效应三维数值仿真

针对国产锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBTs),采用TCAD仿真,建立SiGe HBT单粒子效应三维损伤模型,研究重离子成角度入射SiGe HBT时单粒子效应电荷收集的关键因素。选择几个典型入射位置和不同入射角度进行数值仿真,通过分析器件结构和仿真结构来研究电荷收集机制。结果表明,无论是离子入射位置如何,只要离子径迹穿过器件的灵敏体积,就会引起大量电荷收集。电荷收集量不仅与离子径迹在SiGe HBT敏感体积内的长度有关,同时也受到浅槽隔离以及离子径迹和电极之间的距离的影响。此项工作对SiGe HBT空间实际应用,并进一步提出加固方案提供了理论依据。     

反熔丝FPGA器件γ剂量率辐射效应规律探讨

FPGA系统电路进行抗γ剂量率器件选择是非常困难的。针对FPGA器件抗γ剂量率性能优选,试验研究了3种反熔丝FPGA器件的7剂量率辐照效应规律。全部样品均出现了低阈值γ剂量率扰动效应,但均未产生高γ剂量率闭锁效应。FPGA器件低阚值γ剂量率失效主要是瞬时光电流扰动引起了时序逻辑功能的失效,而其模块海间的反熔丝开关电阻却对产生闭锁效应的大的辐射浪涌电流提供了保护。实验结果表明,系统电路设计加固是其实现抗γ剂量率最有效的方法。     

电子元器件及电路的剂量率效应测试技术研究

介绍了半导体器件与电路的剂量率效应及其测试方法。主要分析了分立器件和集成电路的效应机理和建立的光电流测试系统及瞬时回避测试系统,给出了在晨光号加速器和DPF辐照装置上三极管及瞬时回避开关电路的辐照效应测量结果。     

双极晶体管不同脉宽γ剂量率效应研究

介绍了晶体管在脉冲γ辐射源辐照下光电流的产生机理、测量方法，以及二次光电流结构、γ剂量率和γ波形宽度的关系。在现有的实验条件下（四种γ脉冲辐射率，宽度分别为：～２ｎｓ、２０ｎｓ，～６０ｎｓ，１００ｎｓ，剂量率为１０＾５～１０＾６ｙ／ｓ），对三种晶体管进行了辐照，对其等效关系进行了分析，得到了二次光电流与总剂量基本成绩性关系的结论。     

应变Si NMOS器件总剂量辐射对单粒子效应的影响

针对应变Si NMOS器件总剂量辐射对单粒子效应的影响机制,采用计算机TCAD仿真进行研究。通过对比实验结果,构建50 nm应变Si NMOS器件的TCAD仿真模型,并使用该模型研究处于截至态(V_ds=1 V)的NMOS器件在总剂量条件下的单粒子效应。实验结果表明,总剂量辐照引入的氧化层陷阱正电荷使得体区电势升高,加剧了NMOS器件的单粒子效应。在2 kGy总剂量辐照下,漏极瞬态电流增加4.88%,而漏极收集电荷增量高达29.15%,表明总剂量辐射对单粒子效应的影响主要体现在漏极收集电荷的大幅增加方面。     

0.6μm MOS器件稳态总剂量损伤效应研究

合作制备了体硅0.6μm工艺直栅和环栅不同设计结构的MOS器件,开展了稳态高剂量率电离辐射总剂量效应试验。通过对实验数据进行分析,研究当器件特征尺寸达到亚微米、深亚微米时,不同设计结构、不同辐照偏置条件对实验结果的影响。分析了器件的短沟效应、窄沟效应、DIBL增强效应,为器件设计加固提供了有益的试验数据。     

运算放大器电离总剂量效应研究

对某型号国产双极型双路高压运算放大器在不同偏置条件和不同剂量率条件下的电离总剂量效应进行了研究。通过对运算放大器辐照前后的电参数进行测试,计算得到增强因子,分析特殊偏置条件和低剂量率条件对运算放大器电离总剂量效应的影响。试验结果表明,偏置条件不同,运算放大器的电离总剂量效应表现出明显差异性,各管脚短接相对于正常加电工作条件是较恶劣的一种偏置条件。在0.01 rad(si)/s低剂量率条件下,运算放大器表现出潜在的低剂量率增强效应。     

Experimental research on transient radiation effects in microprocessors based on SPARC-V8 architecture

An experimental system is developed for the transient radiation effects testing of an anti-radiation hardened processor. Based on this system, the transient radiation effects in a microprocessor based on SPARC-V8 architecture was investigated. The dose-rate-soft-error index parameters of the processor were determined according to the test results, as were the influences on the function and timing parameters of the processor. The power supply balance is affected, which caused the system to reset and be the main source of soft errors. The results showed the circuit recovery time is primarily determined by the internal PLL, while the core power and the output-low-IO ports are more sensitive to the transient dose rate effect. The power-integrity-hardened design is proposed to mitigate the transient radiation effect.     

Method of simulation of low dose rate for total dose effect in 0.18 μm CMOS technology

Three methods for simulating low dose rate irradiation are presented and experimentally verified by using 0.18 μm CMOS transistors.The results show that it is the best way to use a series of high dose rate irradiations, with 100 °C annealing steps in-between irradiation steps, to simulate a continuous low dose rate irradiation.This approach can reduce the low dose rate testing time by as much as a factor of 45 with respect to the actual 0.5 rad（Si）/s dose rate irradiation.The procedure also provides detailed information on the behavior of the test devices in a low dose rate environment.     

0.18μm CMOS器件低剂量率辐照模拟方法研究

本文研究了三种低剂量率效应的模拟方法,并利用0.18μm CMOS工艺晶体管进行了实验验证,研究结果表明,用一系列高剂量率辐照样品,两次辐照之间经100oC退火的方法在模拟连续的低剂量率辐照是最好的。该方法节约时间是很可观的,能够减少0.5rad(Si)/s低剂量率实验时间达45倍,而且提供了在低剂量率辐照下器件的详细信息。     

Method of simulation of low dose rate for total dose effect in 0.18/μm CMOS technology

tailed information on the behavior of the test devices in a low dose rate environment.     

环栅CMOS/SOI的X射线总剂量辐射效应研究

采用硅离子注入工艺对注氧隔离(SIMOX)绝缘体上硅(SOI)材料作出改性,分别在改性材料和标准SIMOXSOI材料上制作部分耗尽环型栅CMOS/SOI器件,并采用10keVX射线对其进行了总剂量辐照试验。实验表明,同样的辐射总剂量条件下,采用改性材料制作的器件与标准SIMOX材料制作的器件相比,阈值电压漂移小得多,亚阈漏电也得到明显改善,说明改性SIMOXSOI材料具有优越的抗总剂量辐射能力。     

深亚微米NMOSFETs总剂量辐射与热载流子效应研究

本文对深亚微米器件的总剂量辐射与热载流子效应进行了对比试验研究。结果表明虽然总剂量与热载流子效应在损伤原理上存在相似的地方,但两种损伤的表现形式存在明显差异。总剂量辐射损伤主要增加了器件的关态泄漏电流,而热载流子损伤最显著的特点是跨导与输出特性曲线降低。分析认为,STI隔离区辐射感生氧化物正电荷形成的电流泄漏通道是造成总剂量辐射后电流增长的根源,而栅氧化层的氧化物负电荷与栅界面态的形成是造成热载流子退化的原因。因此,对二者进行加固时应侧重于不同的方面。     

辐照加固SRAM型FPGA总剂量辐射效应研究

在航天辐射环境中,电离辐射产生的辐射效应会对电子元器件性能产生影响。文章对自主研发的SRAM型FPGA芯片在60Co-γ源辐照下的总剂量辐射效应进行了研究。实验表明:(1)总剂量累积到一定程度后功耗电流线性增大,但只要功耗电流在极限范围内,FPGA仍能正常工作;(2)SRAM型FPGA在配置过程中需要瞬间大电流,故辐照后不能立即配置;(3)总剂量辐照实验时,功耗电流能直观反映器件随总剂量的变化关系,可作为判断器件失效的一个敏感参数。该研究为FPGA的设计提供了基础。     

深亚微米体硅器件电离辐射及退火与温度的相关性研究

对经过Co60不同剂量剂量率辐照的体硅MOS器件(NMOSFET与PMOSFET)分别进行了室温和高温下的退火实验,并对退火结果进行分析,讨论了退火温度对MOS器件阈值电压及辐射感生的氧化层陷阱电荷与界面态电荷产生的影响.