单粒子瞬态脉冲的片上测量

提出了一套适用于组合逻辑电路的单粒子瞬态(Single-Event Transient,SET)特性的片上测量方案。基于中国科学院微电子研究所350 nm SOI工艺,设计了一款集脉冲收集、测量、自测试于一体的SET辐射测试芯片。通过激光脉冲实验,验证了该方案的有效性,为在此工艺上开展加固研究奠定基础。分析了影响片上测量精度的多种因素,提出了用于修正测试结果、提高精度的校正方法。     

集成电路单粒子瞬态效应与测试方法

随着器件尺寸的等比例缩小,单粒子瞬态效应对集成电路的影响愈发明显,其产生机理及作用更加复杂。从集成电路单粒子瞬态脉冲的产生机理及模型出发,讨论分析了模拟和数字集成电路的单粒子瞬态效应,介绍了单粒子瞬态脉冲宽度的测试方法与测试结构。     

集成电路单粒子瞬态效应与测试方法

随着器件尺寸的等比例缩小,单粒子瞬态效应对集成电路的影响愈发明显,其产生机理及作用更加复杂。从集成电路单粒子瞬态脉冲的产生机理及模型出发,讨论分析了模拟和数字集成电路的单粒子瞬态效应,介绍了单粒子瞬态脉冲宽度的测试方法与测试结构。     

SiGe HBT单粒子瞬态TCAD仿真研究

借助于TACD数值仿真,对具有交叉指状结构的锗硅异质结双极型晶体管(SiGeHBT)中由重离子辐射诱导的单粒子瞬态(SET)效应展开了详细的研究.首先分析了重离子辐射诱导的电势和场强的变化,阐明了SiGe HBT中单粒子瞬态机制.然后,通过对比重离子入射至器件不同位置时各电极的瞬态电流和感生电荷的收集情况,确定了集电极/衬底(CS)结及附近区域为SiGe HBT单粒子瞬态的敏感区域.结果表明相对于集电极和衬底的电荷收集,基极和发射极收集的电荷可忽略不计.此外,各电极的瞬态电流和电荷收集还具有明显的位置依赖性.上述结果可为SiGe HBT单粒子效应的抗辐射加固提供有力的指导依据.     

纳米器件单粒子瞬态仿真研究

利用计算机辅助设计软件,研究了不同条件下28 nm体硅器件的单粒子瞬态（SET）效应,分析了不同器件间距、线性能量转移值和粒子入射角度对器件SET效应的影响。随着器件漏极间距的减小,SET脉冲幅度和脉冲宽度随之减小。与垂直入射的情况相比,倾角入射下SET脉冲幅度和宽度的减小程度更加明显,电荷共享效应更加显著。仿真结果表明,合理调节反相器相异节点的器件间距,利用器件间的电荷共享可以有效减弱重离子产生的SET脉冲,减少单粒子效应的反应截面。     

数字电路抗单粒子瞬态效应的最小尺寸设计

随着体硅CMOS电路工艺的不断缩小,数字电路在空间中使用时受到的单粒子效应越发严重。特别是高频电路,单粒子瞬态效应会使电路功能完全失效。提出了一种基于电路尺寸计算的抗单粒子瞬态效应的设计方法,主要思想是通过辐射对电路造成的最坏特性,设计电路中MOS管的尺寸,使电路在系统开销和降低软错误率之间达到一个平衡。从单粒子效应电流模型入手,计算出单粒子效应在电路中产生的电荷数,得出为抵消单粒子效应产生的电荷需要多大的电容,再折算到器件电容上,最终得到器件的尺寸。此工作为以后研制抗辐射数字电路奠定了基础,提供了良好的借鉴。     

基于CMOS工艺的差分放大器单粒子瞬态效应研究

基于0.35μm CMOS工艺,研究了辐射条件下,单粒子瞬态效应对差分放大器的影响。经过仿真分析发现:差分放大器中偏置电路输出节点对单粒子瞬态效应敏感,偏置电路输出电流大小决定了放大器输出信号抗单粒子瞬态效应的能力。为提高差分放大器的抗单粒子瞬态效应的能力,采取增加偏置电路输出驱动能力以及引入电阻/电容等加固设计技术。经过Hspice仿真及单粒子辐照实验证明,辐射加固后的放大器抗单粒子瞬态扰动能力从未加固的18 MeV·cm2/mg增加到37 MeV·cm2/mg,抗单粒子辐射性能提高了一倍以上。加固后的放大器能够满足航天应用的需求。     

高速PWM单粒子瞬态效应脉冲激光模拟试验研究

利用脉冲激光验证高速脉宽调制控制器（Pulse Width Modulator,PWM）单粒子瞬态效应的敏感性和防护设计。试验中,通过改变脉冲激光能量,逐步扫描PWM控制器电路,确定了诱发单粒子瞬态效应的激光能量阈值和敏感区域。通过改变PWM控制器软启动配置电路设计,验证了防护电路设计的合理性,为卫星电源子系统的单粒子瞬态效应防护设计提供技术参考。     

SiGeBiCMOS线性器件脉冲激光单粒子瞬态效应研究

验证SiGe BiCMOS工艺线性器件的单粒子瞬态（Single Event Transient,SET）效应敏感性,选取典型运算放大器THS4304和稳压器TPS760进行了脉冲激光试验研究。试验中,通过能量逐渐逼近方法确定了其诱发SET效应的激光阈值能量,并通过逐点扫描的办法分析了器件内部单粒子效应敏感区域,并在此基础上分析了脉冲激光能量与SET脉冲的相互关系,获得了单粒子效应截面,为SiGe BiCMOS工艺器件在卫星电子系统的筛选应用以及抗辐射加固设计提供数据参考。     

PDSOI工艺下单粒子瞬态脉冲宽度分析

单粒子瞬态脉冲宽度是评价电子系统软错误率的重要参数之一。针对0.13 μm、部分耗尽型绝缘体上硅(PDSOI)工艺下的反相器链,解析地计算了反相器中产生的单粒子瞬态脉冲宽度,仿真了产生的单粒子瞬态脉冲在反相器链中传播时的临界脉冲宽度和传输率随级数变化情况。仿真结果表明,单粒子瞬态脉冲宽度的大小在几十皮秒到几百皮秒之间,反相器链的级数对临界脉冲宽度和传输率影响较大。最后仿真得到在输入单粒子瞬态脉冲宽度较小时,建立保持时间与输入脉冲宽度有关。该结果有利于电气掩蔽建模和锁存掩蔽建模准确性的提高。     

基于四值脉冲参数模型的单粒子瞬态传播机理与软错误率分析方法

随着工艺尺寸的不断缩小,由单粒子瞬态(Single Event Transient, SET)效应引起的软错误已经成为影响宇航用深亚微米VLSI电路可靠性的主要威胁,而SET脉冲的产生和传播也成为电路软错误研究的热点问题。通过研究SET脉冲在逻辑链路中的传播发现：脉冲上升时间和下降时间的差异能够引起输出脉冲宽度的展宽或衰减;脉冲的宽度和幅度可决定其是否会被门的电气效应所屏蔽。该文提出一种四值脉冲参数模型可准确模拟SET脉冲形状,并采用结合查找表和经验公式的方法来模拟SET脉冲在电路中的传播过程。该文提出的四值脉冲参数模型可模拟SET脉冲在传播过程中的展宽和衰减效应,与单参数脉冲模型相比计算精度提高了2.4%。该文应用基于图的故障传播概率算法模拟SET脉冲传播过程中的逻辑屏蔽,可快速计算电路的软错误率。对ISCAS89及ISCAS85电路进行分析的实验结果表明：该方法与HSPICE仿真方法的平均偏差为4.12%,计算速度提升10000倍。该文方法可对大规模集成电路的软错误率进行快速分析。     

Investigation of the novel attributes of a single-halo double gate SOI MOSFET: 2D simulation study

The novel features of an asymmetric double gate single halo (DG-SH) doped SOI MOSFET are explored theoretically and compared with a conventional asymmetric DG SOI MOSFET. The two-dimensional numerical simulation studies demonstrate that the application of single halo to the double gate structure results in threshold voltage roll-up, reduced DIBL, high drain output resistance, kink free output characteristics and increase in the breakdown voltage when compared with a conventional DG structure. For the first time, we show that the presence of single halo on the source side results in a step function in the surface potential, which screens the source side of the structure from the drain voltage variations. This work illustrates the benefits of high performance DG-SH SOI MOS devices over conventional DG MOSFET and provides an incentive for further experimental exploration.     

Radiation hardness improvement of separation-by-implantation-of-oxygen/silicon-on-insulator material by nitrogen ion implantation

In our work, nitrogen ions were implanted into separation-by-implantation-of-oxygen (SIMOX) wafers to improve the radiation hardness of the SIMOX material. The experiments of secondary ion mass spectroscopy (SIMS) analysis showed that some nitrogen ions were distributed in the buried oxide layers and some others were collected at the Si/SiO₂ interface after annealing. The results of electron paramagnetic resonance (EPR) suggested the density of the defects in the nitrided samples changed with different nitrogen ion implantation energies. Semiconductor-insulator-semiconductor (SIS) capacitors were made on the materials, and capacitance-voltage (C-V) measurements were carried out to confirm the results. The super total dose radiation tolerance of the materials was verified by the small increase of the drain leakage current of the metal-oxide-semiconductor field effect transistor with n-channel (NMOSFETs) fabricated on the materials before and after total dose irradiation. The optimum implantation energy was also determined.     

一种低压差线性稳压器的单粒子瞬态失效分析和加固设计

随着集成电路特征尺寸的不断缩减,CMOS集成电路的单粒子效应问题越来越严重。为了提高低压差线性稳压器(LDO)的单粒子瞬态(SET)效应加固效果,该文通过SPICE电路仿真和重离子实验研究了一种28 nm CMOS工艺LDO的SET失效机制,并研究了关键器件尺寸大小对SET脉冲的影响,提出一种有效的LDO加固方法。SPICE电路仿真发现这种LDO的敏感节点主要位于误差放大器(EA)内部。功率管(MOSFET)栅极节点的环路滤波电容会明显地影响单粒子瞬态脉冲的幅度,也会轻微地影响单粒子瞬态脉冲的宽度。误差放大器内部关键节点的器件尺寸会影响稳压器输出的单粒子瞬态脉冲的幅度和宽度。通过增加功率管(MOSFET)栅极节点电容和调整误差放大器内部相关节点器件尺寸的方法对LDO进行了SET加固设计。电路仿真和重离子实验结果表明这种加固方法能够有效地降低LDO输出的单粒子瞬态脉冲的幅度和宽度。     

应用于数字DC-DC转换器的高分辨率数字脉宽调制器设计

数字控制在电力电子领域的优势使得数字脉冲宽度调制的使用日益增加,然而其分辨率不足一直是制约开关电源领域中数字控制技术发展的主要因素之一。针对高分辨率数字脉冲宽度调制的应用需求,该文提出一种基于高速进位链结构的高分辨率数字脉冲宽度调制电路。该电路采用计数器、比较器、固定相移锁相环单元及高速进位链的混合结构,有效地提高了分辨率,并在Altera的Cyclone IV低成本现场可编程门阵列器件上实现。实验结果显示,当输入参考时钟工作频率为70 MHz时,该结构的分辨率可达到56 ps。此外,该电路还具有较宽的开关频率调节范围及较好的线性度等优点。     

PMOS晶体管工艺参数变化对SRAM单元翻转恢复效应影响的研究

基于Synopsys公司3D TCAD器件模拟,该文通过改变3种工艺参数,研究65 nm体硅CMOS工艺下PMOS晶体管工艺参数变化对静态随机存储器(Static Random Access Memory, SRAM)存储单元翻转恢复效应的影响。研究结果表明：降低PMOS晶体管的P+深阱掺杂浓度、N阱掺杂浓度或调阈掺杂浓度,有助于减小翻转恢复所需的线性能量传输值(Linear Energy Transfer, LET);通过降低PMOS晶体管的P+深阱掺杂浓度和N阱掺杂浓度,使翻转恢复时间变长。该文研究结论有助于优化SRAM存储单元抗单粒子效应(Single-Event Effect, SEE)设计,并且可以指导体硅CMOS工艺下抗辐射集成电路的研究。     

Double-gate 1T-DRAM cell using nonvolatile memory function for improved performance

We propose a double-gate (DG) 1T-DRAM cell combining SONOS type storage node on the back-gate (control-gate) for nonvolatile memory function. The cell sensing margin and retention time characteristics were systematically examined in terms of control-gate voltage (V_cg) and nonvolatile memory (NVM) function. The additional NVM function is achieved by Fowler-Nordheim (FN) tunneling electron injection into the nitride storage node. The injected electrons induce a permanent hole accumulation layer in silicon body which improves the sensing margin and retention time characteristics. To demonstrate the effect of stored electrons in the nitride layer, experimental data are provided using 0.6 μm devices fabricated on SOI wafers.     

NBTI效应导致SET脉冲在产生与传播过程中的展宽

本文研究了负偏置温度不稳定性(NBTI)对单粒子瞬态(SET)脉冲产生与传播过程的影响.研究结果表明:NBTI能够导致SET脉冲在产生与传播的过程中随时间而不断展宽.本文还基于工艺计算机辅助设计模拟软件(TCAD)进行器件模拟,提出了一种在130nm体硅工艺下,计算SET脉冲宽度的解析模型,并结合NBTI阈值电压退化的...     

Three-interface pseudo-MOSFET models for the characterization of SOI wafers with ultrathin film and BOX

The electrical characterization of unprocessed fully depleted silicon-on-insulator (SOI) layers relies on the pseudo-MOSFET (Ψ-MOSFET) technique. We propose three-interface models which are more appropriate for addressing the case of SOI wafers with ultrathin body and BOX (UTB²). The novel models for threshold voltage and subthreshold swing account for the channel-to-surface and channel-to-substrate coupling which are important effects, respectively, in ultrathin films and thin BOX. The influence of the density of traps at each of the three interfaces (free surface, channel/BOX and BOX/substrate) is discussed. The models are validated with experimental results from a range of SOI film thicknesses.