【摘要】：隨著人類(lèi)向深空探測(cè)領(lǐng)域的迫切發(fā)展需要,近年來(lái)越來(lái)越多的宇航器件均處于極端的空間環(huán)境下。太空中存在著大量高能的宇宙射線,工作在太空中的電子器件會(huì)受到輻射的影響產(chǎn)生包括總劑量效應(yīng)、位移損傷效應(yīng)和單粒子效應(yīng)等一系列的輻射效應(yīng)。在空間實(shí)際應(yīng)用中,高低溫環(huán)境是與輻射環(huán)境伴隨出現(xiàn)的重要空間環(huán)境,也是影響元器件在軌可靠性的重要因素,高低溫環(huán)境會(huì)影響器件內(nèi)部輻射缺陷的產(chǎn)生和復(fù)合,使得輻射損傷呈現(xiàn)出與常溫環(huán)境不同的效應(yīng)。因此,需要針對(duì)典型元器件在高低溫環(huán)境下的輻射效應(yīng)進(jìn)行深入研究,從而保證元器件的在軌服役可靠性。本文主要針對(duì)MOSFET及反相器鏈在高低溫輻照環(huán)境下的電學(xué)參數(shù)特性變化進(jìn)行了仿真研究。所考慮的空間極端環(huán)境分別為高低溫單因素環(huán)境、輻射單因素環(huán)境以及高低溫與輻射共同作用下的綜合環(huán)境�；谝陨檄h(huán)境,構(gòu)建了MOSFET及反相器鏈的3D模型并加以準(zhǔn)確性驗(yàn)證,分別搭建了高低溫仿真模型、輻射仿真模型以及高低溫輻照綜合作用仿真模型,進(jìn)行電學(xué)參數(shù)的仿真研究。結(jié)果顯示,MOSFET在低溫條件下,轉(zhuǎn)移特性曲線發(fā)生右移,閾值電壓增大,載流子遷移率增大;在總劑量效應(yīng)的影響下,閾值電壓發(fā)生漂移,漏電流增大;而單粒子效應(yīng)則會(huì)影響MOSFET中由漏極瞬態(tài)電流脈沖所帶來(lái)的電荷收集量,隨LET值的增大,漏極的電荷收集量均會(huì)成倍增加。在發(fā)生單粒子效應(yīng)時(shí),反相器鏈由于結(jié)構(gòu)的原因,電荷收集量遠(yuǎn)大于MOSFET。當(dāng)器件處于溫度與輻射共同作用時(shí),低溫條件會(huì)對(duì)MOSFET的漏電特性起到一定的改善作用,并且在低溫時(shí)產(chǎn)生的閾值電壓漂移會(huì)在一定程度上抵消總劑量效應(yīng)產(chǎn)生的閾值電壓漂移。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：V443;TN386
【圖文】：

太空中電子器件所處的極端環(huán)境還包括循環(huán)往復(fù)的高低溫變化。圖1-1 給出了 NASA 發(fā)布的數(shù)據(jù)，太空中的天體比如月球、金星等等在自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)中有著向陽(yáng)面與背陽(yáng)面的轉(zhuǎn)換，這會(huì)使器件處于極端溫度的循環(huán)之下，故所有的航天器件在執(zhí)行任務(wù)時(shí)都會(huì)在極端高溫與極端低溫、粒子輻射等多種因素的綜合環(huán)境中工作[2]。硅單片集成電路若要達(dá)到軍用等級(jí)，則其工作溫度范圍需在-55~125℃之間，若是工作在太空用的宇航級(jí)器件工作溫度將會(huì)更低。而火星上工作的電子器件所處環(huán)境溫度大約為 218K，但溫度的跨度卻寬至 140K到 300K[3]。由此可見(jiàn)，太空中工作的電子器件所處環(huán)境非常惡劣。圖 1-1 太空中溫度、輻射及壓強(qiáng)[2]由此可知，航天器上的電子器件在空間環(huán)境中除了會(huì)受到宇宙射線和地球輻射帶等高能粒子的輻射外，還會(huì)受到極端環(huán)境的影響，循環(huán)往復(fù)的極端溫度便是其中之一。低溫環(huán)境下，電子器件的電學(xué)特性和抗輻射特性將會(huì)發(fā)生變化，

器件的電學(xué)特性和抗輻射特性的變化，針對(duì)器件發(fā)生的變高器件的工作性能和抗輻射性能。本課題針對(duì) MOSFET 及D 工具仿真研究高低溫環(huán)境下對(duì) MOS 器件電學(xué)性能以及外研究現(xiàn)狀間環(huán)境概述輻射環(huán)境一般按粒子的電荷狀態(tài)、動(dòng)能以及原子序數(shù)進(jìn)行以將粒子分為帶電粒子和中性粒子；按粒子所帶能量大小子體；按原子序數(shù)可分為輕粒子和重粒子。一般認(rèn)為，當(dāng)V，或者質(zhì)子或中子的能量大于 1MeV 時(shí)，即可稱(chēng)為高能般認(rèn)為是能量較低的質(zhì)子、電子等粒子。對(duì)航天器需要進(jìn)的一般都是針對(duì)空間高能帶電粒子[6-8]。在實(shí)際空間軌道要有地球磁場(chǎng)俘獲輻射帶、銀河宇宙線以及太陽(yáng)粒子事1-2 所示。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文的原因是單個(gè)空間高能帶電粒子擊中微電子器件靈敏部位，由于電離作用產(chǎn)額外電荷，使器件邏輯狀態(tài)改變、功能受到干擾或失效等[17]。造成航天器件單粒子效應(yīng)的高能帶電粒子主要是高能質(zhì)子和高能重離子。包括單粒子轉(zhuǎn)、單粒子閂鎖、單粒子瞬態(tài)、單粒子?xùn)艙舸┑鹊�，重離子電荷沉積到半導(dǎo)的過(guò)程如圖 1-3 所示。

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本文編號(hào)：2793433