【導(dǎo)讀】師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加。而使用過的材料。均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文。不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位。印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。[2]劉必慰.集成電路的單粒子效應(yīng)建模與加固方法研究[D].博士學(xué)位論文.國防科技大學(xué),2020.

　　

【正文】 OS 2D 單管結(jié)構(gòu)圖 首先我們同樣通過修改參數(shù)，對 PMOS 的 IV 曲線進行了校準(zhǔn)，并得到了較好的效果，如圖 16， 17 所示。我們可以看到，我們建立的模型基本符合標(biāo)準(zhǔn)模型的變湘潭大學(xué)本科生畢業(yè)論文 17 化趨勢。 圖 16 PMOS 管的 IdVd 曲線和標(biāo)準(zhǔn)曲線對比圖 圖 17 PMOS 管 IdVg曲線和標(biāo)準(zhǔn)曲線對比圖 接著我們進行了單粒子仿真實驗，我們得到了漏極的 Idt 曲線圖 (如圖 18)，我們可以看到峰值達(dá)到了幾十毫安的等級。 同樣我們進行電流脈沖收集的判定，在去掉源極摻雜后，我們得到了如圖 19所示的曲線，我們可以看到在去掉源極摻雜后電流脈沖急劇減少，由此我們可以判湘潭大學(xué)本科生畢業(yè)論文 18 定是雙極放大效應(yīng)導(dǎo)致了大部分的電荷收集。 圖 18 PMOS 管漏極收集的電流脈沖圖 圖 19 PMOS 管去掉源極摻雜后的電流脈沖圖 NMOS 2D 雙管模型的建立與仿真 在參照單管模型的數(shù)據(jù)后通過 X 軸距離的延伸，我們做出了 NMOS 2D 雙管模型。 這里取雙管的漏 V，其他的都接地。左邊命名為 NMOS1 管，右邊的為 NMOS2管 (撞擊示意圖如圖 20 所示 )。 STI 為掩蔽層，在這里選擇 STI 距離為 m? ，在后面我們將提到。 湘潭大學(xué)本科生畢業(yè)論文 19 圖 20 NMOS 2D 雙管模型的撞擊示意圖 我們選定重粒子入射在 NMOS1管漏極，入射深度為 5 m? ，入射半徑為 m? ，兩個 NMOS 管分別是漏極反偏。我們建立的結(jié)構(gòu)圖如圖 21 所示。 圖 21 NMOS 2D 雙管模型結(jié)構(gòu)圖 我們通過四組不同重粒子的線性能量傳輸值對 NMOS1 漏極中央撞擊得到的Idt 曲線如圖 22 所示。在這里我們把單管漏極的電流脈沖和雙管 NMOS1 管收集的電流脈沖進行了比較，我們發(fā)現(xiàn)雙管收集的電流脈沖顯著地小于單管的，究其原因在于雙管 NMOS1 管漏極產(chǎn)生的電荷有一部分通過擴散 漂移被臨近的節(jié)點收集。 湘潭大學(xué)本科生畢業(yè)論文 20 圖 22 單管撞擊和 NMOS1 漏極電荷收集的比較 同樣我們得出了 NMOS2 漏極的電流脈沖圖 (如圖 23 所示 )，我們可以看到收集的脈沖寬度展寬，但是峰值減少到了幾百微安等級。 圖 23 NMOS2 管漏極電流脈沖 同樣為了判定 NMOS2 管的電流脈沖來源，我們進行去 NMOS2 管源極摻雜的實驗。我們得到了如圖 24 所示的電流脈沖圖，我們可以發(fā)現(xiàn)在去掉源極摻雜以后電流脈沖急劇減少，由此我們可以判定 NMOS2 漏極收集的電荷主要來源于雙極放大效應(yīng) (如圖 25 所示 )。 湘潭大學(xué)本科生畢業(yè)論文 21 圖 24 在去掉源極的 NMOS2 管漏極的電流脈沖 圖 25 寄生的雙極放大管示意圖 PMOS 2D 雙管模型的建立與仿真 同樣 PMOS 單管 X 軸距離的延伸，我們做出了 PMOS 2D 雙管模型。 這里取雙管的漏極接地，其他的都接 V。左邊命名為 PMOS1 管，右邊的為 PMOS2 管 (撞擊示意圖如圖 26 所示 )，撞擊點選在 PMOS1 漏極中央位置。 STI 為掩蔽層，為了能湘潭大學(xué)本科生畢業(yè)論文 22 觀察到顯著地效果，在這里選擇 STI 距離為 m? ，在后面我們將提到。 圖 26 PMOS 2D 雙管單粒子撞擊示意圖 同樣我們提取了 PMOS 2D 雙管的結(jié)構(gòu)圖如圖 27 所示。我們同樣 選取和 NMOS雙管一樣的四組不同重粒子線性能量傳輸值。 圖 27 PMOS 2D 雙管結(jié)構(gòu)圖 我們可以看到 PMOS1 管收集的電流脈沖明顯少于單管 PMOS 收集的電流脈沖湘潭大學(xué)本科生畢業(yè)論文 23 (如圖 28 所示 )。 圖 28 PMOS1 管和單管 PMOS 收集的電流脈沖對比圖 同樣我們對 PMOS2 管進行了有源和無源的分析，發(fā)現(xiàn) PMOS2 管的電荷收集也主要是靠雙極放大效應(yīng)收集。 圖 29 PMOS2 管在有源情況下的漏極電流脈沖 通過發(fā)現(xiàn)電流脈沖出現(xiàn)一個正的脈沖峰值，是因為 在 PMOS2 管存在著一個漏阱電容，粒子入射 PMOS1 管漏端后， 會產(chǎn)生一個等離子體徑跡，將 p 阱區(qū)域中性化，使得最初的幾皮秒內(nèi)， p 阱的電勢升高，進而使得 PMOS2 管漏 p 阱結(jié)兩端的電勢差減小，因而 PMOS2 管的漏會向漏電極放電，產(chǎn)生了一個很短的正脈沖 [18]。 湘潭大學(xué)本科生畢業(yè)論文 24 接下來我們仿真出了在無源情況下的 PMOS2 管漏極電流脈沖圖如圖 30 所示，我們可以看到在無源情況下電流脈沖的峰值明顯減少，由幾百微安變成幾十微安，而且脈沖的寬度明顯變窄了，故收集的電荷減少了大部分。由此我們可以斷定PMOS2 大部分電荷是由雙極放大效應(yīng)收集的。 圖 30 無源情況下 PMOS2 管漏極收集的電流脈沖 湘潭大學(xué)本科生畢業(yè)論文 25 4 單粒子多位翻轉(zhuǎn)效應(yīng)加固方法研究 我們依據(jù)“機制 建模 加固”的思想對我們的電路進行加固，由上章我們知道電荷收集的主要方式為電荷分享引起的導(dǎo)通的寄生雙極放大管收集。于是依據(jù)這個機理，我們通過改進措施減少電路的雙極放大效應(yīng)來起到加固的效果。 增加掩蔽層 (STI)的距離 由圖 31 我們可以看到 STI 距離即為兩個 NMOS 管相隔的那段絕緣層距離 [7]。本次仿真我們選取 STI 不同的距離進行對比看其對電荷共享的影響。我們選取撞擊的條件與上一章雙管一樣，這樣我們只分 析 LET = 40 MeVmg1cm2的情況 。 圖 31 NMOS 2D 雙管 STI 不同距離的撞擊示意圖 我們通過設(shè)定兩管的距離為 ， ， ， (單位為 m? )進行了模擬仿真得到圖 32 的結(jié)果，我們可以從圖中看到，當(dāng)距離加大的時候 NMOS2 管漏極收集的電流脈沖明顯減少，從而為我們抗加固提供了一種方法即加大兩管的距離。分析實驗結(jié)果的原因是因為距離的增加導(dǎo)致電子擴散到臨近節(jié)點的電荷減少，從而導(dǎo)致了隨著距離加大 NMOS2 管收集的電荷減少。 湘潭大學(xué)本科生畢業(yè)論文 26 圖 32 STI 距離改變 NMOS2 漏極收集的電流脈沖圖 同樣我們進行了 PMOS 2D 雙管的掩蔽層距離仿真，實驗條件和上面的一樣。我們可以看到 PMOS2 管收集的電流脈沖也隨著距離的增加而減少 (如圖 33 所示 )。究其原因也是因為擴散距離的加大導(dǎo)致一部分電荷在距離途中被復(fù)合。 圖 33 STI 距離改變 PMOS2 管漏極收集的電流脈沖圖 通過實驗仿真我們可以看到，增大 NMOS 2D 或 PMOS 2D 雙管的距離可以有效地減少電荷共享的效果，從而為我們單粒子多位翻轉(zhuǎn)加固提供了依據(jù)。 增加保護環(huán) 在我們對單粒子雙管撞 擊實驗選取不同時刻的電勢圖 (如圖 34所示 )我們發(fā)現(xiàn)有湘潭大學(xué)本科生畢業(yè)論文 27 效的阱接觸能夠很好的縮短電路寄生的雙極放大效應(yīng)發(fā)生的時間，從而有效的減少了電荷量的收集。由此我們想到了如圖 35 所示的結(jié)構(gòu)，通過在兩個 MOS 管間增加一個阱接觸 (在三維中為保護環(huán) )。 圖 34 在電勢恢復(fù)某一時段的 NMOS 雙管電勢圖 圖 35 加保護環(huán)結(jié)構(gòu)圖 我們選取了 NMOS 2D 雙管和 PMOS 2D 雙管在相距 m? 和 LET 值為 30 MeVmg1cm2的情況下進行了模擬仿真， 并比較了在有保護環(huán) 和無保護環(huán)的情況下電荷收集的大小。 首先我們來看 NMOS 雙管，我們發(fā)現(xiàn) NMOS 雙管在有保護環(huán)時比無保護環(huán)情湘潭大學(xué)本科生畢業(yè)論文 28 況下 NMOS2 管電流明顯減少 (如圖 36 所示 )。由此可見保護環(huán)起到了一定的加固效果，究其原因是添加了一個保護環(huán)接觸能夠加快吸收重粒子撞擊擴散的空穴，從而使 NMOS2 管更快恢復(fù)電位，從而減少了節(jié)點吸收的電荷，這和文獻(xiàn) [19]的結(jié)果基本相吻合。 圖 36 NMOS2 管在有無保護環(huán)的情況下電流脈沖圖 接下來我們看 PMOS 雙管的電荷收集情況，我們發(fā)現(xiàn)在有保護環(huán)和無保護環(huán)的情況下 PMOS2 管的電流脈沖發(fā)生了顯 著的減少 (如圖 37 所示 )。由此可見，保護環(huán)在 PMOS 雙管中起到了很好的加固效果，也正如文獻(xiàn) [19]所述的那樣，保護環(huán)接觸對 PMOS 管起到了很好的作用，正也為我們以后的版圖加固提供了有力的依據(jù)。 圖 37 PMOS2 管在有無保護環(huán)情況下的漏極電流 湘潭大學(xué)本科生畢業(yè)論文 29 5 全文總結(jié) 本文從集成電路技術(shù)發(fā)展給抗輻射技術(shù)帶來的挑戰(zhàn)入手，指出了單粒子多位翻轉(zhuǎn)隨著電路尺寸的減少，供給電壓的下降已經(jīng)成為了導(dǎo)致集成電路存儲器電路的主要的單粒子效應(yīng)。接著對我們所處的空間輻射環(huán)境做了簡略的介紹。隨后對單粒子多位翻轉(zhuǎn)的機制進行了探討及對引 發(fā)單粒子多位翻轉(zhuǎn)的最新的幾個因素進行詳析。然后用 Sentaurus TCAD 工具建立了 130 nm 單管 NMOS、單管 PMOS、雙管 NMOS、雙管 PMOS 模型，對引發(fā)單粒子多位翻轉(zhuǎn)的雙極放大效應(yīng)和電荷共享效應(yīng)進行了分析，通過有無源極摻雜的模擬仿真，指出了模型中的電荷的主要收集方式為“源 阱 /襯底 漏極”雙極放大效應(yīng)收集。并得出了雙管由于擴散使得產(chǎn)生的一部分電荷為臨近節(jié)點收集，由此導(dǎo)致了 MOS1 管收集的電荷相對于單管來說減少了近一半的結(jié)論。文章最后依據(jù)“機理 建模 加固”模式對雙管的電荷分享加固進行了探討，得出 了隨著 STI 距離的增加， MOS2 管收集的電荷減少，主要原因是因為電子或空穴在擴散的時候有一部分被復(fù)合掉了。最后采取了加保護環(huán)的措施，得出了保護環(huán)接觸能很好的減少電荷的收集，主要是加快了粒子撞擊擴散或漂移過來的電子或空穴，從而使電位更快的恢復(fù)，減少了寄生雙極放大管導(dǎo)通時間，這對我們抗加固設(shè)計有一定的指導(dǎo)意義。 雖然本文做的工作算比較多，但是還有很多的不足：首先，我建立的是 2D 模型，要想更準(zhǔn)確，就得做 3D 模型；其次，我考慮的是單管的電壓不變的情況而沒考慮耦合的電路級情況，因為在耦合情況下雙極放大作用相對來說沒有 那么大；最后，想建立 65 nm 9T SRAM 結(jié)構(gòu)分析和研究多角度入射的問題進行探索和創(chuàng)新。 湘潭大學(xué)本科生畢業(yè)論文 30 參考文獻(xiàn) [1] 王長河 . 單粒子效應(yīng)對衛(wèi)星空間運行可靠性影響 [J]. 半導(dǎo)體情報 , 1998, 35(1): 18. 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