电平转换电路的NBTI老化分析和防护

发布时间：2024-02-02 14:44

　　集成电路在纳米工艺下,负偏置温度不稳定性(Negative Bias Temperature Instability,NBTI)已经成为了引起电路老化的主要因素。NBTI直接作用于PMOS管,会引起其阈值电压(V_th)升高时延增加等多种电学特性退化,严重时可导致电路功能完全失效。多电压设计,是现代集成电路电路降低功耗的有效手段,其中必须在不同的电压域之间要插入电平转换电路(Level Shifter),来满足不同电压域间信号的传递,电平转换电路若遭受严重的NBTI影响,会影响整个多电压系统的性能。因此,本文针对两种传统的电平转换电路结构进行NBTI老化分析,并做出改进设计,使其具有容忍老化的能力。本文针对交叉耦合结构电平转换电路(cross coupled level shifter,CCLS),进行了研究。通过HSPICE仿真实验,分析了NBTI老化对其性能的影响,并提出了改进设计。由于电路结构中,存在着交叉耦合的PMOS管和NMOS管,导致了电路在正常工作时,如果上拉PMOS管和下拉NMOS管的能力不匹配,就会引起严重的竞争问题,使时延和功耗增加,而NBTI会...

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1集成电路芯片上的晶体管的增加[2]

如今大热的互联网产业也是以电子产业为基础，其中集成电路更是目前业发展的基石。在二十世纪中旬，晶体管被人们发明然后人们把多个不同管集成在一个衬底上，成为了集成电路，随后更是引发了半导体集成电路性发展。1947年晶体管在贝尔实验室被发明，这使当时使用的又大性能又空管瞬间被替代，然后....

图1.2英特尔芯片工艺尺寸发展图

合肥工业大学硕士学位论文图1.1所示，GordonMore在上个世纪六十年代提出的摩尔定律，知右这集成电路的发展，几十年间集成电路的发展基本按照这一定律电路的发展，集成电路产业早已渗透人们生活的方方面面，大到航空艇，小到电子手表、收音机，都由集成电路支撑。如今英特尔、高导....

图1.3电路老化浴盆曲线

合肥工业大学硕士学位论文且功耗也会发生变化，然后在整个电路中老化的晶体管性能衰退的累积作用下，整个电路会完全不能正常使用，输入和输出会完全紊乱[3]。虽然在电路的早夭期会有十分严重的失效率，但是由于这时候生产厂会有着严格的测试流程，不合格的产品会被直接淘汰，所以最终流通在市面上的....

图1.4BTI效应原理示意图

这时PMOS管处于受压状态，PMOS管中栅级氧化层中在键受到电场力的作用被撕裂，这时候在界面处会形成一种带有获作用的区域，称之为界面陷阱，形成界面态，导致PMOS管增加。当PMOS管截止时候，这时栅极加上一个正电压，这时电场力撕裂的Si-H键被部分结合起来，由....

本文编号：3892833