光子引入的单粒子效应

发布时间：2017-11-04 12:05

  本文关键词：光子引入的单粒子效应

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【摘要】：随着空间科学技术的快速发展,越来越多的集成电路元器件被应用到各类航空电子系统中。然而,由于空间环境中含有大量的高能粒子,如质子、重离子、伽马射线等,这些粒子入射半导体器件会诱发单粒子效应,从而对电子器件的可靠性产生重大影响。特别是随着集成电路工艺的不断提高,单粒子效应已成为影响在轨飞行航天器可靠性和使用寿命的重要因素。通常采用翻转截面和有效LET阀值两个指标来评估器件的抗单粒子效应。而通常采用的评估方法是辐射实验的方法,但是该方法的实验成本较高、不易操作,并且不能对尚处于设计阶段的器件进行抗单粒子效应评估。因此,国内外科研人员纷纷采用各种手段来研究器件的抗单粒子效应,以期能够找到一种操作简单,实验费用较为便宜,并且能够对尚处于设计阶段的器件进行抗单粒子效应预测的可靠性评估方法。针对已有抗单粒子效应预测方法的各种局限性,本文基于TCAD软件和Geant4软件形成了一种评估SRAM单粒子翻转效应的有效方法。该方法采用光子为模拟粒子,获得了45nm NMOS管的饱和翻转截面和临界LET值。本文的主要研究工作如下:1.对各种空间辐射环境和器件主要辐射效应作了简单介绍;对光子和重离子的单粒子效应的物理机制进行了详细阐述,并比较了二者的异同;以SRAM为例,详细分析了单粒子翻转效应机制;重点介绍了RPP模型和复合敏感体模型的原理,并比较了两者的优缺点。2.根据已有经验公式,推导出线性吸收条件下光子能量等效重离子LET的计算公式,并综合考虑非线性吸收效应和器件表面钝化层的影响,修正了计算公式。最后用实际算例验证了等效LET公式的正确性,并分析了产生误差的原因。3.详细介绍了TCAD软件的结构和物理特性,及其结合Hspice软件的混合仿真原理;通过TCAD软件对45nm工艺SRAM进行三维建模和校准,用不同LET值的重离子垂直入射截止NMOS管的漏极中心区域,记录漏极节点电压刚好发生翻转时的重离子LET值,此LET值即为NMOS管的临界LET,对应的漏极节点收集到的有效电荷是单粒子翻转的临界电荷量。通过改变重离子的入射位置,提取出复合敏感体的几何参数和敏感系数,这些参数是Geant4仿真所必须的。4.基于Geant4软件,对探测器材料、几何形状,光子输运的物理过程,初级光子等进行了定义;基于收集到的有效电荷,编写了SEU判断模块,设置了事件循环次数,并对翻转事件次数进行统计。通过Geant4仿真,得到了不同能量光子的翻转截面,应用Weibull函数拟合得到?-LET曲线,将得到的模拟曲线同重离子加速器的实验结果比对,分析了引起误差的可能原因。通过对器件表面覆盖的金属互联层的研究,表明金属互连层对光子的能量有一定的屏蔽作用。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V443

【参考文献】

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本文编号：1139320