DSP总剂量效应的电路级仿真研究

发布时间：2020-07-19 02:32

【摘要】：近年来,航天事业的快速发展带动着对电子学器件更高的抗辐射要求。DSP(Digital Signal Proccessing)在空间光通信等航天领域发挥着越来越重要的作用。近年来,航天事业的快速发展带动着对电子学器件更高的抗辐射要求,其中总剂量效应(Total Ionizing Dose,TID)是器件长期处于辐射环境下的累积结果,表现为器件参数、功能退化甚至失效,这在很大程度上决定器件的工作寿命。本文针对商用DSP的总剂量效应进行了系统的建模仿真研究。本文从器件的微观损伤机理出发,逐级向上进行仿真分析,最终获得电路级数据,从而对器件总体的抗辐射能力作出评价。主要内容有:剖析了深亚微米工艺集成电路的损伤机理,利用TCAD工具仿真了MOSFET的总剂量效应;采用晶体管分离的思想,利用数据拟合方式从TCAD仿真结果分离出寄生集体管I-V特性;通过辐射理论和单元寄生晶体管叠加的理论推导出寄生体管模型,获得了n沟MOSFET的总剂量效应模型,并把单管辐射模型整合到仿真器中。基于Hspice软件对DSP敏感单元电路工作特性进行了仿真,包括CMOS反相器、CMOS传输门、SRAM存储单元、一位全加器以及触发器电路,并对仿真结果给出定性和定量分析。综合各部分仿真结果,对商用DSP的整体失效剂量节点做出了初步推断,并利用相关实验数据验证了仿真结果的合理性。本文从电路级仿真的角度研究了DSP的总剂量效应,研究方法具有很好的适用性,可以为今后其他器件的地面辐照实验提供指导和参考。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN386;TP332;V443
【图文】：

来自地球俘获带、太阳宇宙射线（Solar Cosmic Ray，SCR，包括太阳耀斑和太阳风）和银河宇宙射线（Galactic Cosmic Ray，GCR），其主要的成分是电子、质子和少量的重离子等，示意图如图2-1 所示。这些带电粒子有的被地球磁场或大气俘获而形成辐射带，有的粒子则带有相当大的能量和贯穿力。因此，应该充分考虑辐射效应对航天器中的电子系统（元器件）的影响。在高能粒子的轰击下，航天器表面的元件会发生性能退化甚至失效，材料会出现充放电效应造成电弧击穿等。在航天器外部的电子元器件主要是受辐射粒子的累积能量引起的损伤，航天器内部电子学器件的损伤，主要是贯穿粒子在半导体材料中的造成电荷累计或位移效应，也可能是重离子引起瞬时效应的损伤[33]。图 2-1 空间辐射环境分布示意图2.1.1. 地球俘获带地球附近存在的高能带电粒子会被地球磁场俘获，形成了一个粒子集中的区域

范·艾伦辐射带的剖面结构示意图

图 2-3 内、外范·艾伦带示意图位于赤道上方大约600km ~ 10000km 的高度之间，并置，辐射强度与高度相关，中心强度峰值高度约 3。因受地磁场的控制，内辐射带相对比较稳定，太阳化是大多数粒子密度瞬态变化的原因。内辐射带中主

【参考文献】

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本文编号：2761769