体硅nFinFET总剂量效应三维TCAD仿真研究

本文利用Sentaurus TCAD仿真软件对体硅鳍形场效应晶体管(FinFET)的总剂量效应(TID)进行了详细的数值模拟研究.基于良好校准后的器件模型,仿真结果表明:高沟道阻挡层掺杂浓度,大鳍宽,锥形鳍截面形状的FinFET器件对总剂量效应有良好的抑制作用.进一步的Gamma总剂量辐射仿真展示了辐照过程中浅槽隔离(STI)氧化层中陷阱空穴的形成.最后,利用Sentaurus TCAD软件混合仿真模式对电路级别的总剂量响应进行了模拟分析,结果表明电路的性能和可靠性在总剂量辐照之后均受到了极大的影响.

Cu_xSi_yO阻变存储器单粒子和总剂量辐照效应

对CuxSiyO结构的阻变存储器(RRAM)进行了总剂量(TID)以及单粒子辐照(SEE)实验。总剂量实验中,1T1R样品分别接受总剂量为1,2和3 k Gy(Si O2)的60Coγ射线辐射。样品中没有出现低阻在辐照后翻转的现象。单粒子辐照实验中,16 kbit RRAM阵列样品分别接受线性能量转移(LET)值最高达75 Me V的4种离子束的辐射。样品中没有出现低阻在辐照后翻转的现象。除一组无翻转外,存储单元的高阻到低阻的翻转率皆在0.06%左右。实验结果证实了RRAM中已经形成的导电通道不会受辐照影响,因此不存在低阻翻转为高阻的现象。

基于FDSOI的TFET和MOSFET总剂量效应仿真

对基于全耗尽绝缘体上硅(FDSOI)的隧穿场效应晶体管(TFET)器件和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件进行了总剂量(TID)效应仿真,基于两种器件不同的工作原理,研究了总剂量效应对两种器件造成的电学影响,分析了辐照前后TFET和MOSFET的能带结构、载流子密度等关键因素的变化。仿真结果表明:两种器件在受到较大辐射剂量时(1 Mrad (Si)),TFET受辐射引起的固定电荷影响较小,仍能保持较好的开关特性、稳定的阈值电压;而MOSFET则受固定电荷的影响较大,出现了背部导电沟道,其关态电流增加了几个数量级,开关特性发生了严重退化,阈值电压也严重地向负电压偏移。此外,TFET的开态电流会随着辐照剂量的增加而减小,这与MOSFET的表现恰好相反。因此TFET比MOSFET有更好的抗总剂量效应能力。

金属氧化物半导体场效应晶体管中总剂量效应导致的阈值电压漂移研究现状

为了研发可用于核与辐射应急响应与准备的机器人,对比了多种具有不同结构和生产工艺的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)由于总剂量效应(TID)导致的阈值电压漂移(ΔVth)。注意到了栅宽和栅长对器件耐辐射能力的影响在体CMOS器件和纳米线(NW)MOSFET器件之间、高的和低的工艺节点之间的不同,并从辐射诱导的窄通道效应(RINCE)和辐射诱导的短通道效应(RISCE)两方面解释了这种区别的原因。发现近年来前沿的一些研究在考虑辐射效应时,修正了负偏压不稳定性(NBTI)的影响。并讨论了几种新型器件包括锗沟道、氮化镓沟道管和具有特殊几何布局的晶体管。此外,介绍了计算机辅助设计技术(TCAD)在几种新型场效应管的机理研究和建模验证中的应用。

存储单元抗TID/SEL电路加固技术面积代价研究

在太空辐射环境中,总剂量辐射(Total Ionizing Dose,TID)效应和单粒子闩锁(Single Event Latch,SEL)效应严重影响存储器的可靠性.由此讨论了存储单元TID效应和SEL效应的原理,探讨了基于电路的加固技术(RHBD),设计了4种新的抗TID/SEL存储单元加固方案,并和现有几种方案进行对比,研究了这些加固方案的面积代价.研究结果表明,抗TID/SEL RHBD方案普遍会使存储单元的版图面积增加87.5%以上.提出了一种加固方案,可以在加固性能和面积代价上得到较好的折衷.

总剂量辐照效应对窄沟道SOI NMOSFET器件的影响

本文深入研究了130nm Silicon-on-Insulator(SOI)技术下的窄沟道n型metal-oxide-semiconductor-field-effect-transistor(MOSFET)器件的总剂量辐照效应.在总剂量辐照下,相比于宽沟道器件,窄沟道器件的阈值电压漂移更为明显.论文利用电荷守恒定律很好地解释了辐照增强的窄沟道效应.另外,本文首次发现,对于工作在线性区的窄沟道器件,辐照产生的浅沟槽隔离氧化物(STI)陷阱正电荷会增加沟道区载流子之间的碰撞概率和沟道表面粗糙度散射,从而导致主沟道晶体管的载流子迁移率退化以及跨导降低.最后,对辐照增强的窄沟效应以及迁移率退化进行了三维器件仿真模拟,仿真结果与实验结果符合得很好.

Push-Pull型pFLASH开关单元结构设计及特性

基于90 nm eFLASH工艺设计并制备了一种新型抗辐照Push-Pull型pFLASH开关单元,并对其特性进行了研究。该结构由2个2T-FLASH管（T1/T2）和1个信号传输PMOS管（T3）组成,采用带带隧穿（BTBT）编程方式和福勒-诺德海姆（FN）擦除方式实现其＂开/关＂态功能。同时,对其＂开/关＂态特性进行表征,研究其耐久性和电荷保持特性,最后,对其抗总剂量（TID）能力进行评估。实验结果表明：该器件的＂T1编程-T2擦除＂与＂T1擦除-T2编程＂态均可以实现信号传输管的＂开/关＂态功能,其阈值窗口的均值约为10.5 V;在工作电压为-1.2 V条件下,T3管的＂开＂态驱动电流均值约为0.92 mA,＂关＂态漏电流低于40 pA,且均表现出了良好的一致性。同时,该器件的循环擦/写次数可达10 000次,在25℃的＂开/关＂态应力条件下寿命大于10年,抗总剂量能力可达150 krad（Si）以上。

一种抗辐射的低功耗14 bit 20MS/s流水线型ADC

基于0.35μm CMOS工艺设计实现了一款抗辐射模数转换器(ADC)。通过分析每级流水线分辨率对整体性能和功耗的影响,确定了2 bit/级的流水线结构;同时,针对宇航应用环境,分析了主要的辐射机理,并对ADC进行了抗辐射加固设计。测试结果显示,在2.5 V电源电压、20 MS/s转换速率以及奈奎斯特输入频率条件下,该ADC信噪比(SNR)达到69.9 dB,无杂散动态范围(SFDR)达到84.9 dBc,功耗为60.2 mW,面积为1.988 mm^(2)。在抗辐射性能方面,该ADC的抗稳态总剂量(TID)能力达到100 krad(Si),单粒子闩锁(SEL)阈值达到75 MeV·cm^(2)/mg,非常适用于轨道辐射环境中。

面向宇航应用的高性能多核处理器S698PM芯片的设计

综述了面向宇航应用的SPARC架构嵌入式处理器芯片的发展历程及技术产品,介绍了新一代SPARC架构多核处理器SOC芯片(S698PM芯片)的设计,阐述了其在性能优化和可靠性优化方面的设计方法。S698PM芯片架构采用SMP对称多处理架构,配置四核高性能SPARC V8处理器,具备二级缓存控制,数据吞吐能力大;芯片具备丰富的片上外设及宇航总线接口;支持多款嵌入式实时操作系统(EOS)。