体硅集成电路版图抗辐射加固设计技术研究

辐射效应是电路在太空等领域应用时遇到的首要问题,常常会引起电路出错或失效。为了满足抗辐射电路设计的需求,必须提高电路抗辐射效应的能力。文章分析了辐射效应对器件产生的影响。针对电路在辐射环境中应用时存在的问题,文章从版图抗辐射设计加固的角度出发,介绍了抗总剂量的环形栅、倒比例器件,以及抗单粒子昆倾效应抗辐射版图的设计方法。在电路设计时,通过上述几种版图设计方法的应用,可以提高电路的抗辐射性能,进而提高电路的可靠性。     

一种基于ARCT的抗辐射加固器件结构设计

本文在探索半导体器件辐射损伤效应与机理的基础上,研究了通过器件的优化设计达到抗辐射加固性能要求的有效方法.基于0.18μmCMOS工艺条件,利用DVINCI三维器件模拟软件,建立了具有较好抗辐射性能的FD-SOI/MOSFET器件的加固模型,并提出了一种新型有源区裁剪(ARC)的双多晶硅栅结构晶体管.通过模拟辐射环境下器件的工作情况,证明该种结构具有很强的抗总剂量辐射的能力.     

体硅CMOS集成电路抗辐射加固设计技术

首先介绍了空间辐射环境,并对各种辐射效应及其损伤机理进行分析。然后对体硅CMOS集成电路的电路结构、抗辐射加固技术和版图设计抗辐射加固技术进行探索。测试结果表明,采用版图加固抗辐射技术可以使体硅CMOS集成电路的抗辐射性能得到明显提升。     

CCD辐射损伤效应及加固技术研究进展

综述了电荷耦合器件(CCD)在空间环境和核辐射领域中的辐射效应研究进展;阐述了不同粒子辐照CCD的损伤效应机理及暗电流、平带电压和电荷转移效率等敏感参数的退化机制;从制造工艺、器件结构、工作模式等方面介绍了CCD抗辐射加固技术;分析了CCD辐射效应研究的发展趋势。     

双极模拟集成电路抗辐射加固技术跟踪

介绍了国外硅双极模拟集成电路抗辐射加固技术的发展动态和γ射线、中子、高能重离子对双极模拟集成电路的辐射效应及其电路结构器件结构、工艺控制等关键加固技术。以极模拟集成电路的辐射损伤阈值。     

不同结构nMOS管的总剂量辐射效应北大核心CSCD

X射线直接成像的CMOS图像传感器由于工作在X射线辐射下,其内部器件会因为辐射效应引起性能恶化,因此需要对器件进行抗辐射加固并研究辐射对器件参数的影响。辐射导致的氧化物陷阱电荷及界面陷阱电荷受到栅氧厚度、偏置电压大小、辐射总剂量以及剂量率等多种因素影响。设计了n型场效应晶体管辐射加固结构版图,用0.5μm CMOS工艺流片,并进行了30 kGy(Si)的总剂量辐照效应实验。实验结果显示,所设计的n型场效应晶体管在辐射之后漏电流有所增加、跨导减小、阈值电压向负向漂移;辐射加固晶体管在漏电流性能上较未加固晶体管更好,在跨导改变和阈值电压漂移上未能表现出其更优的性能。     

不同结构nMOS管的总剂量辐射效应

X射线直接成像的CMOS图像传感器由于工作在X射线辐射下,其内部器件会因为辐射效应引起性能恶化,因此需要对器件进行抗辐射加固并研究辐射对器件参数的影响。辐射导致的氧化物陷阱电荷及界面陷阱电荷受到栅氧厚度、偏置电压大小、辐射总剂量以及剂量率等多种因素影响。设计了n型场效应晶体管辐射加固结构版图,用0.5μm CMOS工艺流片,并进行了30 kGy(Si)的总剂量辐照效应实验。实验结果显示,所设计的n型场效应晶体管在辐射之后漏电流有所增加、跨导减小、阈值电压向负向漂移;辐射加固晶体管在漏电流性能上较未加固晶体管更好,在跨导改变和阈值电压漂移上未能表现出其更优的性能。     

空间辐射环境与光器件抗辐射加固技术进展

随着光器件在空间环境和辐射环境中的广泛应用,在国际上对光器件抗辐射性能的研究越来越多。为了提高光器件的抗辐射性能,满足空间应用的各种需要,文章介绍了空间辐射环境,空间辐射对光器件的影响和辐射损伤机理,主要是光纤、激光器、光探测器、光纤陀螺的辐射效应和损伤机理。同时,概述了航天用光器件的抗辐射加固技术及其最新进展。通过采用抗辐射加固技术,大大提高了空间应用的超辐射发光二极管（SLD）、超荧光光纤（SFS）光源、1310nm波长的InGaAsP／InP半导体激光器、电荷耦合器件（CCD）、互补性金属氧化物半导体（CMOS）器件的抗辐射性能和可靠性。     

集成电路总剂量加固技术的研究进展

对集成电路总剂量加固技术的研究进展进行了分析。集成电路技术在材料、器件结构、版图设计及系统结构方面的革新,促进了总剂量加固技术的发展。新的总剂量加固技术提高了集成电路的抗总剂量能力,延长了电子系统在辐射环境下的使用寿命。文中总结了近年来提出的新型的总剂量抗辐射加固技术,如采用Ag-Ge-S、单壁碳纳米管材料(SWCNT)、绝缘体上漏/源(DSOI)器件结构、八边形的门(OCTO)版图、备用偏置三模块冗余(ABTMR)系统等加固方法,显著提高了器件或电子系统的总剂量抗辐射能力。研究结果有助于建立完整的总剂量加固体系,提升抗辐射指标,对促进总剂量加固技术的快速发展具有一定的参考价值。     

星用微电子器件辐射效应及加固途径分析

在介绍卫星天然辐射环境和人工核爆辐射环境的基础上，着重分析应用于卫星电子系统中的微电子器件的辐射效应，包括电离辐射效应、瞬态辐射效应和中子辐射效应，并归纳出各种器件抗辐射加固的主要途径和具体方法。涉及的器件包括：ＣＭＯＳ／体硅电路，ＣＭＯＳ／ＳＯＳ电路，ＧａＡｓＭＥＳＦＥＴ及其电路，电荷耦合器件等。     

0.8μm SOI CMOS抗辐射加固工艺辐射效应研究

采用抗辐射0.8μm SOI CMOS加固技术,研制了抗辐射SOI CMOS器件和电路。利用Co60γ射线源对器件和电路的总剂量辐射效应进行了研究。对比抗辐射加固工艺前后器件的Id-Vg曲线以及前栅、背栅阈值随辐射总剂量的变化关系,得到1 Mrad(Si)总剂量辐射下器件前栅阈值电压漂移小于0.15 V。最后对加固和非加固的电路静态电流、动态电流、功能随辐射总剂量的变化情况进行了研究,结果表明抗辐射加固工艺制造的电路抗总剂量辐射性能达到500 krad(Si)。     

星用微电子器件辐射效应及加固途径分析

在介绍卫星天然辐射环境和人工核爆辐射环境的基础上，着重分析应用于卫星电子系统中的微电子器件的辐射效应，包括电离辐射效应，瞬态辐射效应和中子辐射效应，并归纳出各种器件抗辐射加固的主要途径和具体方法，涉及的器件包括：ＣＭＯＳ／体硅电路，ＣＭＯＳ／ＳＯＳ电路，ＧａＡｓＭＥＳＦＥＴ及其电路，电荷耦合器件等。     

集成电路应用与抗辐射加固（上）

本从特定应用出发介绍集成电路抗辐射加固的若干技术,包括辐射因素、抗辐射材料及器件,着重介绍ＳＯＩ材料的相关技术的现状及其应用。     

化合物半导体器件与电路的研究进展

介绍了GaAs,InP和GaN等几种重要化合物半导体电子器件的特点、应用和发展前景。回顾了GaAs,InP和GaN材料的材料特性及其器件发展历程与现状。分别讨论了GaAs基HEMT由PHEMT渐变为MHEMT结构和性能的变化,GaAs基HBT在不同电路应用中器件的特性,InP基HEMT与HBT的器件结构及工作特性,GaN基HEMT与HBT的器件特性参数。总体而言,化合物半导体器件与电路在高功率和高频电子器件方面发展较快,GaAs,InP和GaN材料所制得的各种器件电路工作在不同的频率波段,其在相关领域发展潜力巨大。     

碳纳米管FET的研究进展

对碳纳米管场效应晶体管(CNTFET)的器件性能进行了讨论,并与相应的Si器件进行了比较,结果表明CNTFET对迄今传统器件具有非常竞争力;阐述了利用CNT器件制作的逻辑门电路,显示了CNTFET的集成潜力;最后指出CNTFET面临的挑战是严峻的。     

GaAs 10 bit DAC的抗辐射设计和实验

通过分析砷化镓(GaAs)器件的电离辐射剂量率辐照机理和效应,结合电路结构,描述了砷化镓10 bit数模转换器(DAC)的电离辐射剂量率辐射效应、抗辐射设计和辐照实验。在电路设计上,10 bit DAC由两个5 bit DAC组成,通过芯片内部合成10 bit DAC,有效降低了芯片面积和制造工艺难度;通过分析电路的电离辐射剂量率辐射效应,针对敏感电路进行局部电路的抗辐射设计,提高电路抗辐射能力;结合实验条件和器件引线分布,设计合理的辐照实验方案,开发辐照实验电路板,进行辐照实验,获得科学的实验结果,验证电路的抗辐射能力。实验结果表明该数模转换器能够抗3×1011rad(Si)/s剂量率的瞬时辐照。     

碳基射频电子器件研究进展

以三维体材料金刚石、二维材料石墨烯和准一维材料碳纳米管为代表的碳基电子材料,分别拥有超宽禁带、超高载流子迁移率、优异的导热性能和机械特性,以及独特的低维结构带来的各种量子效应,在射频大功率、高线性、太赫兹以及光电混频等器件领域,具有技术提升的巨大潜力。分别介绍了这三种典型碳基材料的基本电学特性,聚焦金刚石微波功率器件、石墨烯高频器件和电路以及碳纳米管高线性器件和电路,分析了从材料至器件层面的优势和挑战,并展望了碳基材料成为下一代半导体功能材料的前景。     

CMOS图像传感器总剂量辐照效应及加固技术研究进展

CMOS图像传感器(CIS)在空间辐射或核辐射环境中应用时,均会受到总剂量辐照损伤的影响,严重时甚至导致器件功能失效.文章从微米、超深亚微米到纳米尺度的不同CIS生产工艺、从3T PD(Photodiode)到4T PPD(Pinned Photodiode)的不同CIS像元结构、从局部氧化物隔离技术(LOCOS)到浅槽隔离(STI)的不同CIS隔离氧化层等方面,综述了CIS总剂量辐照效应研究进展.从CIS器件工艺结构、工作模式和读出电路加固设计等方面简要介绍了CIS抗辐射加固技术研究进展.分析总结了目前CIS总剂量辐照效应及加固技术研究中亟待解决的关键技术问题,为今后深入开展相关研究提供理论指导.     

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。     

光纤陀螺光学器件的空间辐射效应及防护技术

针对光纤陀螺用光学器件在空间辐射环境下受电离损伤和位移损伤影响性能下降的问题,分别分析了光纤、SLD光源、PIN-FET探测器的空间辐射效应。为保证光纤陀螺在空间的工作性能,从被动屏蔽和主动加固两方面讨论了光学器件的辐射防护技术。考虑到不同光学器件对不同类型辐射损伤的敏感性以及航天器载荷对重量的严格要求,从电离损伤屏蔽和位移损伤屏蔽两方面对屏蔽厚度进行了优化设计。通过对各光学器件辐射效应机理的分析,讨论了提高光学器件本身抗辐射能力的主动加固技术。