低失调电压双极运放的单粒子瞬态特性研究

在Ne、Fe、Kr、Xe、Ta五种重离子入射条件下获得了运放的SET幅值-宽度分布,发现SET脉冲具有宽、窄两种形态。在SET幅值-宽度特性基础上,采用概率密度方法获得了任意SET阈值下散射截面与LET的关系。考虑入射深度与器件敏感区域的匹配,根据产生的电荷量,可对重离子-激光的SET进行关联,以便获得等效重离子的激光能量。激光与重离子的对比试验表明,选取恰当的激光能量,能够反映重离子产生的SET幅值。研究结果为双极模拟集成电路抗SET选型评估及激光试验条件的选取提供了参考。     

激光模拟单粒子效应中单光子与双光子吸收诱导电荷量对比

通过理论推导和模拟试验,研究了单光子和双光子吸收分别占主导时,脉冲激光模拟试验中电荷收集效率之间的定量关系。分析不同光学参数对模拟试验中电离电荷浓度影响,确定具体激光波长、脉宽、能量及束斑等参数。根据脉冲激光在硅中单光子线性吸收和双光子非线性吸收的特点,推导单光子与双光子吸收产生电荷量比值的定量公式。通过1064 nm和1200 nm波长激光的验证试验,发现了响应脉冲及产生电荷量与脉冲激光能量或能量平方具有良好的线性关系,且在单光子吸收和双光子吸收各自占主导时,单光子吸收产生电荷率明显高于双光子吸收,证明了两种波长激光产生电荷量的比值近似等于公式计算结果。结果表明,1200 nm脉冲激光 1 nJ2 诱导电荷量等同于1064 nm脉冲激光 0.039 nJ诱导电荷量。     

5管SRAM单元的抗辐射性能研究

利用3D TCAD仿真,在45 nm 体硅工艺下,对5管SRAM单元和传统6管SRAM单元的抗辐射性能进行了对比研究。结果表明,5管SRAM单元的敏感面积更小,由该单元构成的SRAM阵列更难发生多位翻转。提出了一种带额外保护环的5管SRAM单元抗辐射加固策略,这种加固策略没有面积开销,模拟结果证实了该加固策略的有效性。     

半导体器件单粒子效应及标准研究

简要介绍半导体器件的单粒子效应及其机理,重点分析当前国外主要的单粒子效应试验方法标准,针对标准中辐照源及重离子射程的关键问题进行研究,并对如何制定我国的单粒子试验方法标准提出了建议.     

SRAM激光微束单粒子效应实验研究

结合器件版图,通过对2 k SRAM存储单元和外围电路进行单粒子效应激光微束辐照,获得SRAM器件的单粒子翻转敏感区域,测定了不同敏感区域单粒子翻转的激光能量阈值和等效LET阈值,并对SRAM器件的单粒子闭锁敏感度进行测试.结果表明,存储单元中截止N管漏区、截止P管漏区、对应门控管漏区是单粒子翻转的敏感区域;实验中没有测到该器件发生单粒子闭锁现象,表明采用外延工艺以及源漏接触、版图布局调整等设计对器件抗单粒子闭锁加固是十分有效的.     

基于Geant4的三维半导体器件单粒子效应仿真

在空间中,辐射粒子入射半导体器件,会在器件中淀积电荷.这些电荷被器件的敏感区域收集,造成存储器件(如静态随机存储器(SRAM))逻辑状态发生变化,产生单粒子翻转(SEU)效应.蒙特卡洛工具-Geant4能够针对上述物理过程进行计算机数值模拟,可以用于抗辐射器件的性能评估与优化.几何描述标示语言(GDML)能够在Geant4环境下对器件模型进行描述.通过使用GDML建立三维的器件结构模型,并使用Geant4进行不同能量质子入射三维器件模型的仿真.实验结果表明,在三维器件仿真中低能质子要比高能质子更容易引起器件的单粒子翻转效应.     

双阱CMOS器件单粒子瞬态效应机理研究

介绍了一种65 nm 双阱CMOS工艺设计的六管SRAM单元的抗辐射性能。通过三维有限元数值模拟的方法,分析了SRAM单元的单粒子瞬态效应在NMOS管中的电荷收集过程和瞬态脉冲电流的组成部分,并提出一种高拟合度的临界电荷计算方案。双阱器件共享电荷诱发的寄生双极放大效应对相邻PMOS管的稳定性有着显著的影响,高线性能量传输提高了器件单粒子翻转的敏感性。电学特性表明,全三维器件数值仿真的方法能够有效评估因内建电势突变产生的瞬态脉冲电流。该方法满足器件仿真对精确度的要求。     

65 nm体硅工艺NMOS中单粒子多瞬态效应的研究

针对NMOS场效应晶体管由重离子辐射诱导发生的单粒子多瞬态现象,参考65 nm体硅CMOS的单粒子瞬态效应的试验数据,采用TCAD仿真手段,搭建了65 nm体硅NMOS晶体管的TCAD模型,并进一步对无加固结构、保护环结构、保护漏结构以及保护环加保护漏结构的抗单粒子瞬态效应的机理和能力进行仿真分析。结果表明,NMOS器件的源结和保护环结构的抗单粒子多瞬态效应的效果更加明显。     

基于TCAD的SRAM单粒子效应研究

针对40 nm体硅工艺利用TCAD(Technology Computer Aided Design)对关键NMOS进行3D建模,采用混合仿真模型对SRAM单粒子效应进行模拟仿真.通过改变重离子LET(Linear Energy Transfer)值、入射位置和入射角度,分析了其对单粒子效应的影响.实验结果表明40 nm工艺下单粒子效应各参数的变化与传统工艺一致.最后,基于R-C简化混合仿真模型,相比于混合仿真模型其电压、电流等参数具有较好一致性,验证了该模型对SRAM单粒子效应模拟的有效性.     

Buffer单元单粒子效应及其若干影响因素研究

基于标准0.13μm工艺使用Sentaurus TCAD软件采用3D器件/电路混合模拟方式仿真了buffer单元的单粒子瞬态脉冲。通过改变重离子的入射条件,得到了一系列单粒子瞬态电流脉冲(SET)。分析了LET值、入射位置、电压偏置等重要因素对SET峰值和脉宽的影响。研究发现,混合模式仿真中的上拉补偿管将导致实际电路中SET脉冲的形状发生明显的变化。     

降低半导体器件失效率的有效措施

要提高电子产品的可靠性水平,必须加强对元器件的质量管理。本文系统地介绍了采用优选生产厂家、高温贮存、功率老化、质量信息反馈、改善检测手段等方法来降低半导体器件的失效率,提高整机的可靠性。实践证明,这些措施简单有效。     

Radiation Effects of Proton Particles in Memory Devices

In this letter, we study the impact of single event upsets (SEUs) in space or defense electronic systems which use memory devices such as EEPROM, and SRAM. We built a microcontroller test board to measure the effects of protons on electronic devices at various radiation levels. We tested radiation hardening at beam current, and energy levels, measured the phenomenon of SEUs, and addressed possible reasons for SEUs.     

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。     

功率半导体器件辐射效应综述

功率半导体器件是航天器电源系统中的核心元件,太空环境中的粒子辐射会使其发生失效。首先,总结了硅功率半导体器件几种主要的辐射效应。然后,介绍了近年来一些新的研究成果和研究热点。最后,对第三代半导体功率器件中的辐射效应进行了简单介绍。     

Modeling and simulation of single-event effect in CMOS circuit

This paper reviews the status of research in modeling and simulation of single-event effects (SEE) in digital devices and integrated circuits. After introducing a brief historical overview of SEE simulation, different level simulation approaches of SEE are detailed, including material-level physical simulation where two primary methods by which ionizing radiation releases charge in a semiconductor device (direct ionization and indirect ionization) are introduced, device-level simulation where the main emerging physical phenomena affecting nanometer devices (bipolar transistor effect, charge sharing effect) and the methods envisaged for taking them into account are focused on, and circuit-level simulation where the methods for predicting single-event response about the production and propagation of single-event transients (SETs) in sequential and combinatorial logic are detailed, as well as the soft error rate trends with scaling are particularly addressed.