一种电路的静态损伤机理分析

介绍了电路静态电荷放电的三种模型,并对组件充电模型进行了详细介绍。对电路的失效现象进行分析,失效原因在于电路在组件充电模型下抗静态电荷损伤能力较弱,并提出了新的防电路静态损伤结构来解决组件充电模型下电路防静电能力不足的问题。     

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。     

基于遗传算法的开关电流存储电路的设计

针对开关电流存储电路存在固有误差和电路器件参数需要大量手工迭代计算等难题,提出基于遗传算法的开关电流存储电路设计方法.其主要思想是以Class AB栅极接地存储电路为基础,对其进行小信号模型分析,借助遗传算法对电路的电荷注入误差和时间响应性能进行多目标优化,获取电路中器件参数的最优Pareto解.采用0.5μm CMOS工艺参数,对电路进行PSPICE仿真测试.结果表明,优化设计的电路具有存储精度高、响应速度快等优点.     

激光脉冲串对电荷耦合器件积累损伤效应研究

为了研究激光脉冲串对光电系统的损伤和致盲机理,开展了重频纳秒激光对黑白行间转移相机电荷耦合器件的损伤实验研究。实验结果表明:存在两种积累损伤效应机理,多个脉冲到达CCD靶面同一位置的损伤或致盲具有积累效应,多个脉冲积累损伤能够显著降低线损伤和全靶面损伤阈值,降低程度与脉冲个数、激光到靶能量密度有关。致盲机理与单脉冲致盲机理相同,均表现为器件垂直转移电路间及地间的短路;而激光脉冲串到达CCD靶面的不同位置也能够实现器件的功能性失效,其机制与单脉冲损伤显著不同,仅表现为线损伤的叠加,并未造成器件电路紊乱,功能性损伤阈值即对应线损伤阈值660 mJ/cm2,而小于单次致盲阈值1 500~2 200 mJ/cm2。     

NMOSFET器件不同源、不同γ剂量率辐射损伤比较

利用不同剂量率γ射线、低能(小于9MeV)质子和1MeV电子对CC4007RH、CC4011、LC54HC04RH NMOSFET进行了辐照实验,结果表明,在＋5V偏置条件下,9MeV以下质子造成的损伤总是小于⁶⁰Co,而且质子能量越低,损伤越小;对于同等的吸收剂量,1MeV电子和⁶⁰Co造成的损伤差别不大;在高剂量率γ射线辐射下,氧化物陷阱电荷是导致器件失效的主要原因,在接近空间低剂量率辐射环境下,LC54HC04RH电路失效的主要原因是辐射感生界面态陷阱电荷,而CC4007RH器件则是氧化物陷阱电荷.     

SiGe HBT大信号扩散电容模型研究

基于SiGe HBT（异质结双极晶体管）大信号等效电路模型,建立了SiGe HBT大信号发射结扩散电容模型和集电结扩散电容模型．该模型从SiGe HBT正反向传输电流出发,研究晶体管内可动载流子所引起的存储电荷（包括正向存储电荷和反向存储电荷）的基础上,同时考虑了厄利效应对载流子输运的影响,其物理意义清晰,拓扑结构简单。将基于大信号扩散电容模型的SiGe HBT模型嵌入PSPICE软件中,实现对SiGe HBT器件与电路的模拟分析。对该模型进行了直流特性模拟分析,直流模拟分析结果与文献报道的结果符合得较好,瞬态特性分析结果表明响应度好。     

由栅氧损伤引起闩锁效应的失效分析

随着MOS器件特征尺寸的缩小和栅氧化层厚度的减薄,栅氧损伤成为MOS集成电路在实际应用中的主要失效模式之一.闩锁是CMOS集成电路结构所固有的寄生效应,寄生的可控硅结构一旦被特定条件触发,会在电源与地之间形成大电流通路,导致整个器件失效.对一例由栅氧损伤引起器件闩锁效应的失效进行分析.通过微光显微镜(EMMI)技术和激光诱导阻值变化(OBIRCH)技术进行失效定位,在电路板级通信状态下进行闩锁效应复现及验证.最后通过分析损伤所在的电路功能和器件结构,阐述闩锁效应形成的机理.     

半导体器件及集成电路抗辐射研究进展

本文主要介绍半导体器件及集成电路在各种辐射环境下的损伤失效模式,分析其失效物理机理,提出相应对策,以提高器件及电路的抗辐射能力。     

NMOS管热载流子衰退效应评价模型及寿命预测方法研究

热载流子是器件可靠性研究的热点之一.特别对于亚微米器件,热载流子失效是器件失效的一个最主要方面.通过对这种失效机理及其失效模型的研究,为设计和工艺提供帮助,从而有效降低由热载流子引起的电路失效,提高电路可靠性.本文主要针对几种典型工艺的栅氧厚度(例如:Tox分别为150 (A)、200 (A)、250 (A))的NMOSFET进行加速应力实验,提取寿命模型的相关参数,估算这些器件在正常工作条件下的寿命值,对亚微米工艺器件寿命进行快速评价.     

ESD保护结构设计

静电损伤失效可能是热击穿（电流）造成的结或金属布线熔融失效,也可能是强电场（电压）诱发的介质失效,文章主要从电流热击穿方面探讨了静电触发时的ESD（Electro—Static-Discharge）保护结构的保护机理和失效机理以及工艺和版图上的应对措施。保护结构工作时的电流泄放能力决定了其保护能力,这种能力可以通过使泄放电流均匀、优化PN结特性等方面加强。电流泄放的均匀性可以在工艺版图上进行优化,结两侧浓度决定了结的耐受能力和结上的偏压,进而影响器件功耗。另外还提及了保护结构的贞面影响以及工艺上的优化方案。     

IGBT器件可靠性评估中建模及参数提取的研究

IGBT器件的失效是与其动态特性相关的复杂过程,涉及到电热机械等多方面因素,如何描述这一过程是掌握器件可靠性的基础。本文从IGBT的导电机理出发,提出采用二极管势垒电容表征其内部寄生电容的方法,建立了IGBT的电路模型,描述其动态特性,并以子电路形式集成到PSPICE软件中。最后进行了模型验证和敏感度分析,结果证实该模型在描述IGBT动态特性方面的效果是可以接受的。     

单片开关电源TPS54350的失效分析

分析和解决了开关电源TPS54350在小负载应用电路下的失效问题。通过对失效器件进行外观镜检、I-V曲线测试、X线检查,对典型应用电路的分析和异常测试波形分析找到了器件失效的根本原因。TPS54350典型应用电路在下电时存在反灌电流,且外接欠压保护电阻,由此引起的输入电压波动对输出使能ENA端间接干扰,从而使器件误启动,造成输出端电流反灌入器件,导致器件内部电路出现闩锁失效。采用TPS54550替换TPS54350（ENA端抗干扰能力更强）,并去除UVLO端欠压保护电阻,解决失效问题,稳定地实现12V转5V,电流约为100mA的小负载应用。     

系统级测试下静电防护器件的失效机理分析

为满足系统级电磁兼容测试标准IEC61000-4-2,许多航空电子设备中都有静电放电(ESD)防护器件,其功能的失效直接影响到被保护电路和整机的安全性.在分析该类器件的失效机理时考虑到典型性,选择双极性ESD防护器件0603ESDA-TR作为受试对象,研究了系统级ESD注入对器件性能的影响,并对器件内部温度分布进行了仿真分析.研究表明ESD脉冲注入时雪崩电流在整个pn结面分布不均匀,仅集中在边缘几个点上,局部过热点的温度甚至达到硅熔融温度,将破坏原有的晶格结构,导致器件二次击穿而发生硬损伤.当ESD电压达到25 kV后,器件的性能参数开始退化,但反向漏电流几乎不变;连续100次脉冲后器件完全失效.分析后得出的结论是:ESD防护器件遭受系统级静电放电冲击时具有累积效应,其失效是由性能退化引起的,并且传统的漏电流检测无法探测到ESD引起的损伤.     

基于Arrhenius模型快速评价功率VDMOS可靠性

基于Arrhenius模型,对功率器件垂直导电双扩散(VDMOS)场效应晶体管的可靠性进行了评价,并对其主要失效机理进行了分析.通过样管在不同结温下的恒定温度应力加速寿命实验,利用Arrhenius方程和最好线性无偏差估计法(BLUE)对结果进行数据处理,得到其失效激活能E=0.54 eV,在偏置VDs=7.5 V,IDs=0.8 A,推导出功率VDMOS在室温下工作的寿命特征值为3.67×106 h.失效分析发现,栅极累积失效是影响功率VDMOS漏源电流,IDs退化的主要失效机理.     

单片开关电源TPS54350的失效分析

分析和解决了开关电源TPS54350在小负载应用电路下的失效问题.通过对失效器件进行外观镜检、I-V曲线测试、X线检查,对典型应用电路的分析和异常测试波形分析找到了器件失效的根本原因.TPS54350典型应用电路在下电时存在反灌电流,且外接欠压保护电阻,由此引起的输入电压波动对输出使能ENA端间接干扰,从而使器件误启动,造成输出端电流反灌入器件,导致器件内部电路出现闩锁失效.采用TPS54550替换TPS54350(ENA端抗干扰能力更强),并去除UVLO端欠压保护电阻,解决失效问题,稳定地实现12 V转5 V,电流约为100 mA的小负载应用.     

基于阈值电压漂移的VDMOS寿命评价

随着DC/DC电源的快速发展,作为其中的开关管,VDMOS器件的可靠性一直受到关注.基于VDMOS阈值电压漂移的失效机理研究,对DC/DC电源上的VDMOS器件进行寿命评价;在135 ℃、150 ℃和165 ℃三种温度下进行加速老化试验,以阈值漂移量20 mV为失效判据,利用Arrhenius模型对试验结果进行分析,得到其失效激活能为1.18 eV,推算出其工作状态下的中位寿命特征值为4.0×105 h.分析认为,引起阈值电压漂移的原因主要是界面态电荷的积累.     

对表面势为基础的MOSFET片电荷模型的基本检验

本文完成了对多种表面势为基础的MOSFET片电荷(charge-sheet)模型反型层电荷和沟道电流计算的基本检验.相对于以基本的MOSFET器件物理为基础的Pao-Sah模型结果,大多数片电荷模型在不同的工作区域内都会出现不同程度的反型层电荷计算误差.为了模拟沟道电流,MOSFET片电荷模型必须使用一个半经验的沟道电流方程.这个近似会导致沟道电流方程和反型层电荷方程之间物理上的不自恰,从而使计算的沟道电流结果与Pao-Sah模型相比有近10%的误差.这些基本的检验结果表明:为了保持基本的MOSFET器件物理内容和Pao-Sah模型的高精度,以表面势为基础的片电荷模型还需要一些根本的器件物理改进和进一步的模型精度提高.     

典型器件和电路不同剂量率的辐射效应

对几十种不同类型的典型星用器件和电路在不同剂量率辐照下的响应规律及退火特性进行了研究。对双极器件和电路及JFET输入运算放大器电路产生低剂量率损伤增强效应的机理进行了分析。结果显示,器件类型不同,失效模式也相异。其典型的失效模式表现为4种:a)仅有低剂量率辐照损伤增强效应;b)既有低剂量率辐照损伤增强效应,又有时间相关效应;c)仅有时间相关效应;d)无不同剂量率辐照损伤间的差异。     

直接注入型IRFPA读出电路像素单元的研究

像素单元电路是读出电路的核心单元电路,其性能直接关系到整个焦平面成像的性能。文章从电路结构设计、注入效率的分析、电荷存储能力的分析、非线性的优化设计对直接注入型像素单元电路进行了研究。通过仿真,主要分析了像素单元电路中器件参数对注入效率的影响,以及积分电容对读出电路的电荷存储能力及非线性的影响。基于研究结果设计的读出电路采用了CSMC 0.5μm工艺进行流片验证,实测结果表明,电路具有较好的特性,芯片已成功应用于国内某研究所致冷型探测器组件中。     

QFP封装互连结构电气特性建模与退化分析

互连结构是电子器件与印刷电路板之间机械固定及电气互联的关键部位.针对当前互连结构退化过程监测困难与表征信号难以提取问题,首先,通过分析QFP封装互连结构的失效模式及机理,建立其退化电气模型.在此基础上,搭建实时监测电路,选取外接电容的充电时间为表征信号,并建立退化电气模型参数与充电时间的关系.然后,利用Multisim软件和开发板模拟并验证等效电气模型参数与充电时间的关联关系.最后,利用小系统试验板进行随机振动试验,研究互连结构退化过程.通过分析充电时间响应,并结合互连结构电镜图发现,充电时间能够较好地表征互连结构的失效过程及失效模式.