SiGe HBT瞬时剂量率效应实验及仿真研究

锗硅异质结双极晶体管(SiGe Heterojunction Bipolar Transistor,SiGe HBT)由于其优异的温度和频率特性,在航空航天等极端环境中具有良好的使用前景,其辐射效应得到了广泛关注。针对KT9041 SiGe HBT进行了瞬时γ射线及脉冲激光辐照实验,获得其瞬时剂量率效应(Transient Dose Rate Effect,TDRE)响应。实验结果表明,SiGe HBT收集极在辐照下会产生明显的光电流脉冲,并且存在着饱和阈值的现象。此外,在脉冲激光辐照实验中还进行了SiGe HBT总剂量效应与瞬时剂量率效应的协同效应研究。发现SiGe HBT在经过总剂量辐照后其产生的光电流幅值会变大。为了分析实验中观察到的现象,应用TCAD建立了KT9041 SiGe HBT的仿真模型,并进行了瞬时γ射线辐照以及总剂量效应仿真研究。仿真发现,SiGe HBT收集极光电流出现的饱和现象是由示波器端口50Ω匹配电阻所造成的。而总剂量效应导致的光电流幅值变大则是由于总剂量效应会在SiGe HBT收集极电极处的Si/SiO2界面引入正电荷缺陷,正电荷缺陷产生的局部电场会对自由电子产生吸引作用,导致更多的自由电子被收集极收集,从而产生幅值更大的光电流。

SOI器件瞬时剂量率效应的激光模拟技术研究

为验证激光模拟技术用于半导体SOI器件瞬时剂量率效应研究的可行性,对其优势和主要原理进行了分析。利用0.13μm SOI MOS器件单管测试芯片进行了激光辐射实验,获得了不同尺寸器件辐射所激发的瞬时光电流与激光入射能量的关系曲线,并计算得到了线性拟合后的光电流表达式。通过激光实验数据与器件TCAD仿真结果的对比,获得了本文实验条件下的辐射剂量率-激光能量模拟等效关系。结果表明,激光模拟技术可用于半导体SOI器件瞬时剂量率效应研究。

深亚微米SOI工艺NMOS器件瞬时剂量率效应数值模拟

为了研究深亚微米SOI工艺NMOS器件的瞬时剂量率效应,采用TCAD工具对0.13μm SOI工艺H型NMOS器件进行三维建模仿真。选取γ剂量率在1×10^8~1×10^10(Gy(Si)/s)的7个点,模拟了H型NMOS器件开关两种状态下的漏电流及体接触端电流与γ剂量率之间的数值关系。从模拟结果可以看出,γ剂量率在小于5×10^9 Gy(Si)/s的辐照时对器件影响很小。表明了该结构器件具有较强的抗瞬时剂量率辐射能力,为超大规模集成电路抗瞬时剂量率加固设计提供了依据。

Experimental research on transient radiation effects in microprocessors based on SPARC-V8 architecture

An experimental system is developed for the transient radiation effects testing of an anti-radiation hardened processor. Based on this system, the transient radiation effects in a microprocessor based on SPARC-V8 architecture was investigated. The dose-rate-soft-error index parameters of the processor were determined according to the test results, as were the influences on the function and timing parameters of the processor. The power supply balance is affected, which caused the system to reset and be the main source of soft errors. The results showed the circuit recovery time is primarily determined by the internal PLL, while the core power and the output-low-IO ports are more sensitive to the transient dose rate effect. The power-integrity-hardened design is proposed to mitigate the transient radiation effect.

累积总吸收剂量对SRAM瞬时剂量率翻转效应的影响

为研究累积总剂量辐照对SRAM瞬时剂量率翻转效应的影响,选取特征尺寸为 180 nm 的商用SRAM在 60 Co γ辐射源及“强光一号”加速器上进行了累积总剂量效应与瞬时剂量率效应的实验研究。实验结果表明,在累积总吸收剂量分别为100 krad(Si)和150 krad(Si)时, 180 nm SRAM瞬时剂量率翻转对累积总剂量辐照实验过程中的写入数据都表现出“反印记效应”依赖性,即当SRAM芯片在累积总剂量辐照实验中与瞬时剂量率辐照实验中写入的数据类型相同时,该数据类型的瞬时剂量率敏感性增大,更容易发生翻转。

基于0.35μm BiCMOS控制器的DC/DC变换器瞬时电离剂量率效应研究

利用脉冲激光源,对一种采用0.35μm BiCMOS工艺PWM控制器作为控制核心的DC/DC变换器的瞬时电离剂量率效应进行研究。采用光斑直径为10 mm、波长为1064 nm、脉宽为10 ns、能量从3μJ到2400μJ的激光对DC/DC变换器进行照射试验,监测DC/DC变换器在不同能量激光下的响应,并与脉冲γ射线的试验结果进行对比分析。试验结果表明,该DC/DC变换器在能量3μJ到577μJ激光照射下输出扰动时间约为4.3 ms,输出闭锁阈值在1031μJ左右。

双极晶体管瞬态辐射光电流分流补偿法及其实验研究

采用标准分立双极元件,对双极晶体管瞬态辐射光电流分流补偿法进行了实验验证。给出了双极晶体管瞬态辐射响应及光电流分流补偿原理,比较了带补偿与不带补偿电路的瞬态响应波形。实验结果对双极晶体管集成电路瞬态辐射加固具有指导意义。

基于SOI工艺的二极管瞬时剂量率效应数值模拟

为研究SOI MOS器件中寄生PN二极管在瞬时剂量率辐射下产生的光电流效应,采用TCAD工具,对0.13μm SOI工艺的PN二极管进行建模,数值模拟了二极管光电流变化与不同瞬态γ剂量率辐照之间的关系。通过模拟PN+型、P+N型两种二极管结构在不同偏置电压、不同剂量率辐射下的抗瞬时剂量率辐射能力,可以得出当瞬时剂量率为1×1014rad(Si)/s时,二极管在辐照下产生的光电流增量为辐照前的20%左右。该结论为集成电路器件的抗瞬时剂量率设计与仿真提供了数值参考。