场效应晶体管的单粒子瞬态效应及加固方法研究

发布时间：2019-10-09 12:46

【摘要】：航空航天设备所处的空间环境中充斥着各类高能粒子。当单个高能粒子入射到航空航天设备当中的半导体器件后,就会引起半导体材料发生电离效应,从而可能引起该半导体器件甚至该器件所处系统的单粒子瞬态效应,导致航空航天设备的功能失效或者损毁。现代半导体工业已进入成熟的纳米级工艺时代。器件特征尺寸的缩减、阈值电压的降低以及器件间距的缩短等诸多影响,都使得航空航天设备的单粒子瞬态效应越来越显著。因此,对单粒子瞬态效应以及其加固方法的研究很有必要。基于上述事实,本文就场效应晶体管分立器件不同加固结构对单粒子瞬态效应的影响做了相关研究。本文研究了单粒子瞬态效应在单个场效应晶体管中的作用机理,在理论基础之上予以推导扩展,通过计算机辅助技术,数值模拟仿真了场效应晶体管的基本特性和不同单粒子入射情况下半导体器件中的单粒子瞬态效应。同时,结合仿真结果与结构创新,提出新型的抗单粒子瞬态效应加固结构,并从多维角度测试加固结构的电学基本特性及抗单粒子瞬态性能,在确保加固半导体器件拥有合理电学参数的前提之下整体提高了场效应晶体管单粒子瞬态效应加固能力。本文主要包括以下内容与结论:1.利用计算机辅助技术对45 nm特征尺寸的NMOS管和经典保护漏加固结构进行了不同单粒子入射情况下的三维单器件数值模拟仿真和混合模拟仿真,分别从单个半导体器件和电路级两个角度研究了两种结构的单粒子瞬态效应。仿真结果表明,经典保护漏加固结构因为其附加电极所产生电势对漏极的影响,在45 nm及以下特征尺寸当中不再具有单粒子瞬态效应加固的能力。2.通过对保护漏加固结构的扩展与延伸,设计出基于45 nm特征尺寸的漏墙加固结构。不同单粒子入射情况下的三维单器件数值模拟仿真和混合模拟仿真结果表明,漏墙加固结构的附加电极所产生电势不会对漏极产生任何影响,确保了场效应晶体管的正常工作能力,且附加电极能够有效地降低单粒子瞬态效应对场效应晶体管的影响。3.构建出基于45 nm特征尺寸的绝缘体上漏源加固结构三维数值模型。通过对单器件数值模拟仿真和混合模拟仿真的数据分析,得出绝缘体上漏源加固结构同样具有优异的抗单粒子瞬态效应能力。同时,这一结构还弥补了绝缘体上硅结构的散热问题与漏墙加固结构只能用于NMOS管的应用问题。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN386

【相似文献】