【摘要】：在如今這個科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的信息化時代,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入到電子系統(tǒng)內(nèi),而且其作用時間之短、作用范圍之大、毀滅性之強及發(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、越來越高的運行速度及越來越低的功耗,使得其對快速發(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HPM的防護方法已經(jīng)越來越重要,但是在研究防護技術(shù)之前一定要掌握器件的基本特性、HPM效應(yīng)及其機理。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象,又對其在注入了HPM后產(chǎn)生的擾亂效應(yīng)和損傷效應(yīng)進行了一系列研究,主要研究內(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,并對模型進行了網(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�；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;對于損傷效應(yīng),電場強度、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電場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不同,而且HPM耦合方式不同、信號引入路徑不同導(dǎo)致器件的損傷現(xiàn)象也會不同,其物理過程及產(chǎn)生機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,源漏端同時注入時器件更易發(fā)生熔融燒毀,源襯端同時注入時能夠抵抗擾亂效應(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信號占空比、脈沖重復(fù)頻率以及器件N阱深度對擾亂效應(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CMOS與非門在微波信號注入情況下的功能擾亂效應(yīng)和損傷效應(yīng)以及機理和擾亂效應(yīng)影響因素的研究,為今后對半導(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強范圍圖高功率微波可以簡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，在電子信息和軍事對抗領(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)生強烈的非線性效應(yīng)，從而造成電子系統(tǒng)暫時或者永久的故障，嚴(yán)重時可能造成系統(tǒng)的物理性毀傷。1985 年美國提出的空間武器計劃就包含了針對 HPM 的專項研究[5]。而后美國軍方又在相關(guān)后續(xù)計劃中提出針對飛機、坦克、雷達等多種軍事裝備的 HPM 研制計劃[6]。而對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電磁能量的敏感、易損性與日俱增。所以研究 HPM 對電子系統(tǒng)的擾亂和損傷效應(yīng)及防護已經(jīng)成為現(xiàn)在研究人員越來越重視的問題。而對于現(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，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樣式楊雨川等人[49]利用矩量法分析了單極天線對幾種典型電磁脈沖的響應(yīng)，并計算了電磁脈沖信號通過天線耦合產(chǎn)生的感應(yīng)信號頻譜響應(yīng)和時域瞬態(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，該信號可表示為： πfttτttτtttτtEEπfttttτπftttttEEtinc011111000110110sin(2),22sin(2),sin(2),0( )(3-31)其中，f 是載波頻率， 為信號的初始相位
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN386

【參考文獻】

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本文編號：2592858