微电子器件抗辐射加固技术发展研究

对微电子器件抗辐射加固的发展态势进行了分析研究。目前,对微电子器件进行抗辐射加固的主要技术是抗辐射加固设计和抗辐射加固工艺;微电子技术的进步促进了抗辐射加固的新设计技术、新工艺技术、封装技术和试验手段不断发展,刺激了完整有效的设计、验证体系和制造能力的形成;领先国家的技术发展重点在于加强设计、工艺、制造领域的抗辐射加固能力,提升微电子器件的抗辐射加固指标、容错能力和高可靠性品质。研究结果对建立完整的抗辐射加固体系,加速抗辐射加固技术发展具有一定的参考价值。     

D/A转换器抗辐射加固技术研究

介绍了一种16位D/A转换器抗辐射加固设计和工艺技术。主要从系统结构加固设计、关键单元加固设计和工艺加固技术等方面进行了阐述;重点对BiCMOS加固工艺的器件结构设计原理进行了详细阐述,给出了器件仿真数据和实验结果;最后,对辐照试验进行了分析。采用该加固工艺研制的16位D/A转换器实现了转换速率大于30 MSPS,建立时间小于50 ns,线性误差和微分误差均小于±8 LSB等性能指标;其抗中子辐射水平为5×1013n/cm2,抗γ总剂量辐射水平达5.0×103Gy(Si)。     

微电子器件的抗辐射加固技术

对各类微电子材料的抗辐射特性进行了分析 ,对 Si双极器件和 Si CMOS器件、 Ga As微波功率器件、新兴光电器件—— VCSEL、 LED以及 MEMS的抗辐射加固技术进行了探讨 ,对几种空间单粒子效应 (SEE)进行了研究     

抗辐射高压SOI NMOS器件的背栅效应研究

通过对高压SOI NMOS器件进行总剂量辐照试验发现,辐照后器件埋氧化层中引入了大量的氧化层陷阱电荷,使得器件背栅发生反型,在较高漏极工作电压下,漏极耗尽区与反型界面相连,使得源漏发生穿通,导致器件漏电。通过原理分析提出了增加顶层硅膜厚度的优化措施,证明在顶层硅膜较薄的情况下,SOI NMOS器件容易发生总剂量辐照后背栅漏电,厚顶层硅器件特性受背栅辐照效应的影响则显著降低直至消失。     

总剂量加固对SOINMOS器件抗辐射特性的影响

采用埋层改性工艺对部分耗尽SOI NMOS器件进行总剂量加固,通过测试器件在辐射前后的电学性能研究加固对SOI NMOS器件抗辐射特性的影响。加固在埋氧层中引入电子陷阱,辐射前在正负背栅压扫描时,电子陷阱可以释放和俘获电子,导致背栅阈值电压产生漂移,漂移大小与引入电子陷阱的量有关。通过加固可以有效提高器件的抗总剂量辐射特性,电子陷阱的量对器件的抗辐射性能具有显著影响。     

一种抗辐射加固检错纠错电路的设计

分析了电子元器件在空间辐射影响下的一些性能变化,设计了一种应用于星载计算机数据管理系统的抗辐射加固检错纠错电路.重点介绍了逻辑设计、版图设计和抗辐射加固设计.电路采用商用标准CMOS工艺加工,使用版图级、单元级和电路级等多层次的0.5 μm综合体硅加固技术,提高了抗辐射能力.试验结果表明,电路的抗辐射总剂量最高可达3.6 kGy(Si).     

注F~+加固CMOS/SOI材料的抗辐射研究

向SIMOX材料的SiO2埋层或Si/SiO2界面注入170 keV F+,进而制成CMOS/SOI材料,采用60Co g 辐射器辐照并测量材料的I-V特性。结果表明:向CMOS/SOI材料埋层注入F+离子,能提高CMOS/SOI材料的抗电离辐照性能。而且,注入F+的剂量为11015cm2时,材料的抗辐照能力较强。这对制作应用于电离辐射环境的COMS/SOI器件极其有益。     

抗辐射加固技术

简要介绍了辐射因素、效应及抗辐射微电子材料的选择，抗辐射加固技术的发展动态；对如何发展抗辐射加固技术提出了几点建议。     

一种抗辐射加固RS485驱动器的设计

RS485通信协议要求：RS485驱动器输出短路至-7~12 V时,短路电流应小于250 mA。常规短路保护电路采用高压MOS实现,由于高压MOS栅极氧化层厚度很大,无法满足抗总剂量辐射加固的要求。提出了一种新型的驱动器输出短路保护电路,该电路利用5 V低压MOS管实现,通过合理设计线路、版图,实现了良好的短路保护效果和抗总剂量辐射能力。电路采用0.8 μm SOI CMOS工艺设计实现,常规及辐照测试结果证明了设计的正确性。     

总剂量辐射对0.5μm部分耗尽SOI CMOS器件的影响

介绍了基于SIMOX SOI晶圆的0.5μm PD SOI CMOS器件的抗总剂量辐射性能。通过CMOS晶体管的阈值电压漂移,泄漏电流和32位DSP电路静态电流随总剂量辐射从0增加到500 krad(Si)的变化来表现该工艺技术的抗电离总剂量辐射能力。对于H型(无场区边缘)NMOS晶体管,前栅阈值电压漂移小于0.1 V;对于H型PMOS晶体管,前栅阈值电压漂移小于0.15 V;未发现由辐射引起的显著漏电。32位DSP电路在500 krad(Si)范围内,静态电流小于1 m A。通过实验数据表明,在较高剂量辐射条件下,利用该工艺制造的ASIC电路拥有良好的抗总剂量辐射性能。     

辐照对SOI NMOS寄生双极晶体管的影响。

在埋氧化层厚度不同的SIMOX衬底上制备了H型栅结构器件。经过总剂量辐照后,器件的正栅亚阈值特性无明显变化,背栅亚阈值特性发生平移,但均未发生漏电,说明其抗辐照性能超过1E6rad(Si)。辐照后器件的寄生双极晶体管增益有所增大,并且与背栅阈值电压的变化趋势相似,可能是由于埋氧化层中的正电荷积累使体区电位升高,提高了发射极的发射效率。     

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。     

抗辐射SOI器件栅氧可靠性研究

对抗辐射SOI器件栅氧可靠性进行研究,比较了体硅器件、SOI器件、抗总剂量加固SOI器件的栅氧可靠性,发现SOI材料片的制备与抗总剂量加固过程中的离子注入工艺都会对顶层硅膜造成影响,进而影响栅氧可靠性。最后通过恒压应力法表征栅氧介质随时间击穿(TDDB)的可靠性,结果显示抗总剂量辐射加固工艺的12.5 nm栅氧在125℃高温5.5 V工作电压下TDDB寿命达到14.65年,满足SOI抗总剂量辐射加固工艺对栅氧可靠性的需求。     

抗辐照标准单元库验证方法研究

对抗辐照单元库的验证方法进行研究。以0.5μm抗辐照单元库为例,研究抗辐射单元库的验证方法。设计了一款验证电路,对单元库进行验证,单元库功能和性能满足设计要求,抗辐射能力达到500 krad(Si)。     

辐照对PDSOI RF MOS体接触结构器件性能的影响

基于抗辐照加固0.35μm PDSOI CMOS工艺制作了RF NMOS器件,研究了电离总剂量辐照对不同体接触结构、栅结构器件性能的影响.在其静态工作模式下,分别考虑了辐照对器件转移特性、泄漏电流、跨导及输出特性的影响;在其交流工作模式下,分别考虑了辐照对其交流小信号电流增益、最大有效/稳定增益、截止频率和最高震荡频率的影响.试验结果表明,与同类非加固工艺器件相比,此种PDSOI RF NMOS抗辐照性能更好,其中以LBBC和LTS型体接触器件受电离总剂量辐照影响最小,并且可获得截止频率22.39 GHz和最高振荡频率29.19 GHz.     

部分耗尽SOI工艺器件辐射效应的研究

对0.13μm部分耗尽SOI工艺的抗辐射特性进行了研究.首先通过三维仿真研究了单粒子事件中的器件敏感区域,随后通过实验分析了器件的总剂量效应.三维仿真研究了离子入射位置不同时SOI NMOS器件的寄生双极效应和电荷收集现象,结果表明,离子入射在晶体管的体区和漏区时,均可以引起较大水平的电荷收集.对SRAM单元的单粒子翻转效应(SEU)进行了仿真,结果表明,体区和反偏的漏区都是翻转的敏感区域.通过辐照实验分析了器件的总剂量效应,在该工艺下对于隐埋氧化层,关断状态是比传输门状态更劣的辐射偏置条件.     

提高SOI器件和电路性能的研究

在分析SOI器件的浮体效应、击穿特性、背栅阈值、边缘漏电、ESD及抗辐照特性的基础上，提出了提高SOI器件和电路性能的技术途径. 体接触是防止浮体效应的最好方法；正沟道和背沟道的BF2/B离子注入可以分别满足阈值和防止背栅开启的需要；SOI器件栅电极的选取严重影响器件的性能； 源区的浅结有助于减小寄生npn双极晶体管的电流增益；而自对准硅化物技术为SOI器件优良特性的展现发挥了重要作用. 研究发现，采用综合加固技术的nMOS器件，抗总剂量的水平可达1E6rad(Si).     

硅离子注入对全耗尽SIMOX材料总剂量效应的影响

Total dose hardened fully-depleted SOI materials are fabricated on separation by implanted oxygen （SIMOX） materials by silicon ion implantation and annealing. The ID-VG characteristics of pseudo-MOS transistors pre- and post-irradiation are tested with ^60Co gamma rays. The chemical bonds and the structure of Si in the buried oxide are also studied by X-ray photoelectron spectroscopy and cross-sectional high-resolution transmission electron microscopy, respectively. The results show that Si nanocrystals in the buried oxide produced by ion implantation are efficient deep electron traps, which can significantly compensate positive charge buildup during irradiation. Si implantation can enhance the total-dose radiation tolerance of the fully-depleted SOI materials.