抗辐射功率集成电路的关键技术研究及实现
发布时间：2021-06-22 04:17
功率集成电路是电路系统的能源“心脏”和动力源,在航空航天、核物理实验、核医疗等辐射环境有着重要的应用价值。因此,对功率集成电路进行抗辐照加固是十分有必要的。本文基于辐射机理,聚焦功率集成电路,提出了标准器件环栅化技术、关键泄漏电流补偿技术、负压加固技术等具有普适性的辐射加固方案,并进行了相关芯片的设计和辐照实验验证。跑道形环栅器件的等效宽长比模型在本文被推导和TCAD验证。根据仿真结果,该计算模型的拟合精度在70%以上,与传统直栅器件相比,在1Mrad（SiO2）仿真剂量下跑道形器件未出现明显的电学特性退化。除此以外,模型参数与计算精度的关系也在文中进行了研究。较小的沟道长度、较大的漏区半径、较大的直栅长度可使模型的计算精度达到95%以上。标准器件环栅化技术分析、研究了几种不同结构环栅器件的寄生电容、版图面积、最小宽长比等电学参数并给出了基于标准工艺的环栅建库的具体流程。关键电路全MOS化技术分析并阐明了动态阈值电压MOS器件具有较低阈值电压的特性,并基于此设计了DTMOS基准和预降压电路。总剂量效应检测电路在文中被首次提出。基于该电路,关键泄漏电流补偿技术被提出...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
器件建库的一般流程
电子科技大学硕士学位论文76第五章抗辐射关键技术的流片及辐照实验本章对几种单管器件、电路模块的流片测试情况以及辐照实验结果进行了总结和分析。5.11.8V单管实验基于40VBCD工艺对单管芯片的辐照性能进行测试。图5-1是测试用1.8VNMOS单管芯片的版图和PCB板。图5-11.8V单管测试芯片的版图、显微芯片和PCB该芯片版图面积的大小为646×1929μm2。其辐照测试结果如图5-2所示。0.00.51.01.52.00.05.0x10-41.0x10-31.5x10-32.0x10-32.5x10-33.0x10-33.5x10-3ID-str-200kID-8-300kID-bc-300kID-str-300k漏极电流ID(A)栅极电压VGS(V)ID-8-100kID-bc-100kID-str-100kID-8-200kID-bc-200k0.150.200.250.300.350.404x10-66x10-68x10-610-51.2x10-51.4x10-5ID-str-300kID-8-300kID-bc-300kID-8-100kID-bc-100kID-str-100kID-8-200kID-bc-200kID-str-200k漏极电流ID(A)栅极电压VGS(V)(a)(b)图5-2低压单管器件辐照实验结果。（a）转移特性曲线；（b）局部放大图
第五章抗辐射关键技术的流片及辐照实验77测试芯片分别集成了传统直栅器件、截角矩形器件和“8”字形器件。用60Co作为辐射源，由它释放的γ射线对器件产生总剂量效应。辐照的剂量率为50rad/s（SiO2）。在接受辐照时，器件的漏、源电压为0V，栅电压为1.8V。器件测试时，其漏端电压为0.2V。如图5-2（a）所示，随着辐照剂量的累积，NMOS器件的阈值电压逐渐前移。但由于该0.18μmBCD工艺下，1.8V单管的栅氧较薄，辐照对其阈值电压的影响有限，阈值电压前移并不明显。由5-2（b），接受100krad（SiO2）的辐照后，所有器件关态漏电流达到μA级，明显变差。由该100krad~300krad（SiO2）的TID辐照，器件关态泄漏电流的大小随剂量累积确有增大。在300krad时，传统直栅器件（ID-str）的关态泄漏电流达到近8μA，而两种环栅器件（ID-bc、ID-8）的泄漏电流为3μA左右。由于低压器件氧化层较薄的特性，截角矩形与“8”字形栅结构器件的关态泄漏电流大小在辐照下并未拉开较大的差距。5.25V单管实验5V单管测试芯片的版图、芯片与测试用PCB如图5-3所示。图5-35V单管的版图、芯片显微照片与PCB图该5V芯片的器件类型与接受的辐照与1.8V器件相同。接受辐照时，栅电压为5V，漏、源电压均为0V。辐照后测试时，漏极电压为0.3V，扫描栅极电压获得其转移特性曲线。5V单管的转移特性曲线与其局部放大图如图5-4、5-5所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Flash存储器中负压电荷泵的研究与设计[J]. 谢凯毅,王湾,刘璟,霍长兴,谢元禄,孙海涛,张坤,毕津顺,刘明. 微电子学与计算机. 2016(12)
[2]基于低压CMOS工艺的新型负电压型电荷泵电路[J]. 罗志聪,黄世震,叶大鹏. 半导体技术. 2016(12)
[3]MOS结构γ总剂量效应仿真模型研究[J]. 李念龙,于奇,王凯,于文华,董铸祥. 微电子学. 2013(03)
[4]辐照偏置影响深亚微米MOS器件总剂量效应的理论研究[J]. 丁李利,郭红霞,陈伟,范如玉,王忠明,闫逸华,陈雷,孙华波. 原子能科学技术. 2013(05)
[5]PSM调制电荷泵电路[J]. 熊富贵,罗萍,李肇基,刘建,郑尧. 微电子学. 2004(02)
博士论文
[1]智能功率集成电路抗辐射加固设计研究[D]. 周枭.电子科技大学 2019
硕士论文
[1]宽温度全MOS电压基准源电路设计[D]. 田伟娜.东南大学 2017
[2]基于CMOS工艺的抗辐射加固光电探测芯片设计[D]. 万宵鹏.电子科技大学 2015
本文编号：3242101
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
器件建库的一般流程
电子科技大学硕士学位论文76第五章抗辐射关键技术的流片及辐照实验本章对几种单管器件、电路模块的流片测试情况以及辐照实验结果进行了总结和分析。5.11.8V单管实验基于40VBCD工艺对单管芯片的辐照性能进行测试。图5-1是测试用1.8VNMOS单管芯片的版图和PCB板。图5-11.8V单管测试芯片的版图、显微芯片和PCB该芯片版图面积的大小为646×1929μm2。其辐照测试结果如图5-2所示。0.00.51.01.52.00.05.0x10-41.0x10-31.5x10-32.0x10-32.5x10-33.0x10-33.5x10-3ID-str-200kID-8-300kID-bc-300kID-str-300k漏极电流ID(A)栅极电压VGS(V)ID-8-100kID-bc-100kID-str-100kID-8-200kID-bc-200k0.150.200.250.300.350.404x10-66x10-68x10-610-51.2x10-51.4x10-5ID-str-300kID-8-300kID-bc-300kID-8-100kID-bc-100kID-str-100kID-8-200kID-bc-200kID-str-200k漏极电流ID(A)栅极电压VGS(V)(a)(b)图5-2低压单管器件辐照实验结果。（a）转移特性曲线；（b）局部放大图
第五章抗辐射关键技术的流片及辐照实验77测试芯片分别集成了传统直栅器件、截角矩形器件和“8”字形器件。用60Co作为辐射源，由它释放的γ射线对器件产生总剂量效应。辐照的剂量率为50rad/s（SiO2）。在接受辐照时，器件的漏、源电压为0V，栅电压为1.8V。器件测试时，其漏端电压为0.2V。如图5-2（a）所示，随着辐照剂量的累积，NMOS器件的阈值电压逐渐前移。但由于该0.18μmBCD工艺下，1.8V单管的栅氧较薄，辐照对其阈值电压的影响有限，阈值电压前移并不明显。由5-2（b），接受100krad（SiO2）的辐照后，所有器件关态漏电流达到μA级，明显变差。由该100krad~300krad（SiO2）的TID辐照，器件关态泄漏电流的大小随剂量累积确有增大。在300krad时，传统直栅器件（ID-str）的关态泄漏电流达到近8μA，而两种环栅器件（ID-bc、ID-8）的泄漏电流为3μA左右。由于低压器件氧化层较薄的特性，截角矩形与“8”字形栅结构器件的关态泄漏电流大小在辐照下并未拉开较大的差距。5.25V单管实验5V单管测试芯片的版图、芯片与测试用PCB如图5-3所示。图5-35V单管的版图、芯片显微照片与PCB图该5V芯片的器件类型与接受的辐照与1.8V器件相同。接受辐照时，栅电压为5V，漏、源电压均为0V。辐照后测试时，漏极电压为0.3V，扫描栅极电压获得其转移特性曲线。5V单管的转移特性曲线与其局部放大图如图5-4、5-5所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Flash存储器中负压电荷泵的研究与设计[J]. 谢凯毅,王湾,刘璟,霍长兴,谢元禄,孙海涛,张坤,毕津顺,刘明. 微电子学与计算机. 2016(12)
[2]基于低压CMOS工艺的新型负电压型电荷泵电路[J]. 罗志聪,黄世震,叶大鹏. 半导体技术. 2016(12)
[3]MOS结构γ总剂量效应仿真模型研究[J]. 李念龙,于奇,王凯,于文华,董铸祥. 微电子学. 2013(03)
[4]辐照偏置影响深亚微米MOS器件总剂量效应的理论研究[J]. 丁李利,郭红霞,陈伟,范如玉,王忠明,闫逸华,陈雷,孙华波. 原子能科学技术. 2013(05)
[5]PSM调制电荷泵电路[J]. 熊富贵,罗萍,李肇基,刘建,郑尧. 微电子学. 2004(02)
博士论文
[1]智能功率集成电路抗辐射加固设计研究[D]. 周枭.电子科技大学 2019
硕士论文
[1]宽温度全MOS电压基准源电路设计[D]. 田伟娜.东南大学 2017
[2]基于CMOS工艺的抗辐射加固光电探测芯片设计[D]. 万宵鹏.电子科技大学 2015
本文编号：3242101
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3242101.html
