【摘要】：在如今這個(gè)科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的信息化時(shí)代,隨著無線通信系統(tǒng)應(yīng)用越來越廣泛,并且由于半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展引起的特征尺寸的減小,使得電子系統(tǒng)處在一個(gè)日益復(fù)雜的電磁環(huán)境中而受到了極大的威脅。而本文所研究的高功率微波(high power microwave,HPM)就是電磁環(huán)境產(chǎn)生源的一種,它是一種高功率、高頻率的電磁波,可以很容易的通過耦合的方式進(jìn)入到電子系統(tǒng)內(nèi),而且其作用時(shí)間之短、作用范圍之大、毀滅性之強(qiáng)及發(fā)展速度之快都是現(xiàn)代科研人員無法忽視的問題。而且就目前的半導(dǎo)體器件和集成電路而言,由于技術(shù)發(fā)展而出現(xiàn)的越來越小的尺寸、越來越高的運(yùn)行速度及越來越低的功耗,使得其對(duì)快速發(fā)展的電磁環(huán)境日益敏感,因此研究高功率微波技術(shù)和電子系統(tǒng)針對(duì)HPM的防護(hù)方法已經(jīng)越來越重要,但是在研究防護(hù)技術(shù)之前一定要掌握器件的基本特性、HPM效應(yīng)及其機(jī)理。CMOS與非門作為現(xiàn)代數(shù)字集成電路系統(tǒng)的一種基本邏輯單元,以及其被應(yīng)用的普遍性成為了本論文研究的對(duì)象,又對(duì)其在注入了HPM后產(chǎn)生的擾亂效應(yīng)和損傷效應(yīng)進(jìn)行了一系列研究,主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:1.本文基于軟件Sentaurus-TCAD建立了0.35μm工藝下的CMOS與非門的仿真模型,并對(duì)模型進(jìn)行了網(wǎng)格劃分。采用了通過一系列基本的半導(dǎo)體物理方程求解的數(shù)值計(jì)算模型,構(gòu)建了高功率微波可近似等效的無衰減的正弦波電壓信號(hào)�；谒⒌哪Ｐ�,在CMOS與非門的不同端口(源、漏和柵)的HPM作用下研究其失效模型,包括功能擾亂和損傷效應(yīng)。2.對(duì)于擾亂效應(yīng),理論和仿真結(jié)果表明由于器件內(nèi)部形成的PN結(jié)正偏,導(dǎo)致大量載流子流入襯底形成的電流通路引起了閂鎖效應(yīng),使得與非門出現(xiàn)了功能異常;對(duì)于損傷效應(yīng),電場(chǎng)強(qiáng)度、電流密度以及溫度的分布情況說明了造成損傷的根本原因是強(qiáng)電場(chǎng)和高電流密度引起的大量焦耳熱產(chǎn)生了高溫?zé)岚叨鴮?dǎo)致與非門熔融燒毀。注入端口不同導(dǎo)致器件形成閂鎖通路的過程會(huì)不同,而且HPM耦合方式不同、信號(hào)引入路徑不同導(dǎo)致器件的損傷現(xiàn)象也會(huì)不同,其物理過程及產(chǎn)生機(jī)理自然也存在著差異。除了單端口注入外本文還研究了多端口注入,結(jié)果表明,源漏端同時(shí)注入時(shí)器件更易發(fā)生熔融燒毀,源襯端同時(shí)注入時(shí)能夠抵抗擾亂效應(yīng)的發(fā)生。3.在分析了HPM作用下CMOS與非門擾亂效應(yīng)的基礎(chǔ)上,又討論了對(duì)擾亂效應(yīng)的影響因素,首先研究了在不同溫度下,與非門的功能擾亂效應(yīng)的變化規(guī)律,結(jié)果表明擾亂效應(yīng)對(duì)溫度的敏感性很高,在所研究的溫度范圍內(nèi),溫度越高擾亂效應(yīng)越容易發(fā)生。論文還研究了HPM信號(hào)占空比、脈沖重復(fù)頻率以及器件N阱深度對(duì)擾亂效應(yīng)的影響,結(jié)果表明,在相同脈沖周期下,脈沖占空比越大擾亂效應(yīng)越容易發(fā)生;脈沖的重復(fù)頻率越高,則越易發(fā)生積累效應(yīng)且擾亂功率閾值越小;而CMOS與非門的N阱深度可以增加抵抗擾亂效應(yīng)的能力。本文針對(duì)CMOS與非門在微波信號(hào)注入情況下的功能擾亂效應(yīng)和損傷效應(yīng)以及機(jī)理和擾亂效應(yīng)影響因素的研究,為今后對(duì)半導(dǎo)體器件及數(shù)字集成電路系統(tǒng)的高功率微波的加固防護(hù)方法提供了一定的理論基礎(chǔ)。
【圖文】：

西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文2圖1.1 電磁脈沖炸彈高空爆炸的場(chǎng)強(qiáng)范圍圖高功率微波可以簡(jiǎn)單定義為峰值輸出功率大于 100 MW、頻率在 1~300 GHz 之間的電磁波[4]。其具有峰值功率高、脈沖寬度短（幾十納秒）和重復(fù)頻率低等特點(diǎn)，在電子信息和軍事對(duì)抗領(lǐng)域受到了廣泛的重視。HPM 易于通過天線的接收端（即前門）或設(shè)備的導(dǎo)線、動(dòng)力電纜、失效的屏蔽部件甚至屏蔽箱上的孔洞（即后門）耦合到電子系統(tǒng)，導(dǎo)致電子系統(tǒng)產(chǎn)生強(qiáng)烈的非線性效應(yīng)，從而造成電子系統(tǒng)暫時(shí)或者永久的故障，嚴(yán)重時(shí)可能造成系統(tǒng)的物理性毀傷。1985 年美國(guó)提出的空間武器計(jì)劃就包含了針對(duì) HPM 的專項(xiàng)研究[5]。而后美國(guó)軍方又在相關(guān)后續(xù)計(jì)劃中提出針對(duì)飛機(jī)、坦克、雷達(dá)等多種軍事裝備的 HPM 研制計(jì)劃[6]。而對(duì)于高功率微波武器等一些新定義的電子武器的迅猛發(fā)展，及目前雷達(dá)和無線通信系統(tǒng)的大范圍應(yīng)用使電子系統(tǒng)面臨的電磁環(huán)境越來越復(fù)雜，，除此之外對(duì)于半導(dǎo)體器件和集成電路，不斷縮小的特征尺寸、不斷降低的功耗和不斷提高的工作頻率讓其對(duì)電磁能量的敏感、易損性與日俱增。所以研究 HPM 對(duì)電子系統(tǒng)的擾亂和損傷效應(yīng)及防護(hù)已經(jīng)成為現(xiàn)在研究人員越來越重視的問題。而對(duì)于現(xiàn)代電子系統(tǒng)的核心部分多為超大規(guī)模數(shù)字電路，CMOS 工藝以其低功耗、高噪聲容限、高集成度等優(yōu)點(diǎn)，已成為現(xiàn)代數(shù)字電路的主流工藝技術(shù)，而 CMOS 與非門作為數(shù)字電路一種基本的邏輯單元

-1。圖3.3 帶狀電纜上的耦合電壓信號(hào)樣式楊雨川等人[49]利用矩量法分析了單極天線對(duì)幾種典型電磁脈沖的響應(yīng)，并計(jì)算了電磁脈沖信號(hào)通過天線耦合產(chǎn)生的感應(yīng)信號(hào)頻譜響應(yīng)和時(shí)域瞬態(tài)響應(yīng)，研究結(jié)果表明，窄帶脈沖的感應(yīng)曲線相似于入射脈沖，并且脈沖帶寬越窄，這種感應(yīng)曲線就越接近入射脈沖。本文所研究的窄帶 HPM 更相似于正弦波，所以其耦合電壓能夠近似等效為無衰減的正弦波電壓信號(hào)，該信號(hào)可表示為： πfttτttτtttτtEEπfttttτπftttttEEtinc011111000110110sin(2),22sin(2),sin(2),0( )(3-31)其中，f 是載波頻率， 為信號(hào)的初始相位
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN386

【參考文獻(xiàn)】

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1 蔣偉;王光;洪杰峰;余娟;;雷達(dá)前端強(qiáng)電磁脈沖前門耦合研究[J];空軍預(yù)警學(xué)院學(xué)報(bào);2015年01期

2 張存波;王弘剛;張建德;;高電子遷移率晶體管微波損傷仿真與實(shí)驗(yàn)研究[J];強(qiáng)激光與粒子束;2014年06期

3 范菊平;游海龍;賈新章;;漏極注入HPM誘發(fā)的nMOSFET熱電損傷機(jī)理[J];西北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年05期

4 趙振國(guó);馬弘舸;趙剛;王艷;鐘龍權(quán);;PIN限幅器微波脈沖熱損傷溫度特性[J];強(qiáng)激光與粒子束;2013年07期

5 汪海洋;周翼鴻;李家胤;許立剛;于秀云;;低噪聲放大器有意電磁干擾效應(yīng)(英文)[J];強(qiáng)激光與粒子束;2011年11期

6 柴常春;席曉文;任興榮;楊銀堂;馬振洋;;雙極晶體管在強(qiáng)電磁脈沖作用下的損傷效應(yīng)與機(jī)理[J];物理學(xué)報(bào);2010年11期

7 柴常春;張冰;任興榮;冷鵬;;集成Si基低噪聲放大器的注入損傷研究[J];西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào);2010年05期

8 范菊平;張玲;賈新章;;雙極型晶體管高功率微波的損傷機(jī)理[J];強(qiáng)激光與粒子束;2010年06期

9 張長(zhǎng)亮;陳雷;趙然;陳文靈;姚廣峰;;高功率微波武器的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J];中國(guó)航天;2008年12期

10 柴常春;楊銀堂;張冰;冷鵬;楊楊;饒偉;;硅基雙極低噪聲放大器的能量注入損傷與機(jī)理[J];半導(dǎo)體學(xué)報(bào);2008年12期

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1 羅敏;;緊湊型重復(fù)頻率高功率微波驅(qū)動(dòng)源技術(shù)[A];2016年版中國(guó)工程物理研究院科技年報(bào)[C];2016年

本文編號(hào)：2592858