功率集成電路是電路系統(tǒng)的能源“心臟”和動力源,在航空航天、核物理實驗、核醫(yī)療等輻射環(huán)境有著重要的應(yīng)用價值。因此,對功率集成電路進行抗輻照加固是十分有必要的。本文基于輻射機理,聚焦功率集成電路,提出了標準器件環(huán)柵化技術(shù)、關(guān)鍵泄漏電流補償技術(shù)、負壓加固技術(shù)等具有普適性的輻射加固方案,并進行了相關(guān)芯片的設(shè)計和輻照實驗驗證。跑道形環(huán)柵器件的等效寬長比模型在本文被推導(dǎo)和TCAD驗證。根據(jù)仿真結(jié)果,該計算模型的擬合精度在70%以上,與傳統(tǒng)直柵器件相比,在1Mrad（SiO₂）仿真劑量下跑道形器件未出現(xiàn)明顯的電學(xué)特性退化。除此以外,模型參數(shù)與計算精度的關(guān)系也在文中進行了研究。較小的溝道長度、較大的漏區(qū)半徑、較大的直柵長度可使模型的計算精度達到95%以上。標準器件環(huán)柵化技術(shù)分析、研究了幾種不同結(jié)構(gòu)環(huán)柵器件的寄生電容、版圖面積、最小寬長比等電學(xué)參數(shù)并給出了基于標準工藝的環(huán)柵建庫的具體流程。關(guān)鍵電路全MOS化技術(shù)分析并闡明了動態(tài)閾值電壓MOS器件具有較低閾值電壓的特性,并基于此設(shè)計了DTMOS基準和預(yù)降壓電路�？倓┝啃�(yīng)檢測電路在文中被首次提出。基于該電路,關(guān)鍵泄漏電流補償技術(shù)被提出... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

器件建庫的一般流程

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文76第五章抗輻射關(guān)鍵技術(shù)的流片及輻照實驗本章對幾種單管器件、電路模塊的流片測試情況以及輻照實驗結(jié)果進行了總結(jié)和分析。5.11.8V單管實驗基于40VBCD工藝對單管芯片的輻照性能進行測試。圖5-1是測試用1.8VNMOS單管芯片的版圖和PCB板。圖5-11.8V單管測試芯片的版圖、顯微芯片和PCB該芯片版圖面積的大小為646×1929μm2。其輻照測試結(jié)果如圖5-2所示。0.00.51.01.52.00.05.0x10-41.0x10-31.5x10-32.0x10-32.5x10-33.0x10-33.5x10-3ID-str-200kID-8-300kID-bc-300kID-str-300k漏極電流ID(A)柵極電壓VGS(V)ID-8-100kID-bc-100kID-str-100kID-8-200kID-bc-200k0.150.200.250.300.350.404x10-66x10-68x10-610-51.2x10-51.4x10-5ID-str-300kID-8-300kID-bc-300kID-8-100kID-bc-100kID-str-100kID-8-200kID-bc-200kID-str-200k漏極電流ID(A)柵極電壓VGS(V)(a)(b)圖5-2低壓單管器件輻照實驗結(jié)果。（a）轉(zhuǎn)移特性曲線；（b）局部放大圖

第五章抗輻射關(guān)鍵技術(shù)的流片及輻照實驗77測試芯片分別集成了傳統(tǒng)直柵器件、截角矩形器件和“8”字形器件。用60Co作為輻射源，由它釋放的γ射線對器件產(chǎn)生總劑量效應(yīng)。輻照的劑量率為50rad/s（SiO2）。在接受輻照時，器件的漏、源電壓為0V，柵電壓為1.8V。器件測試時，其漏端電壓為0.2V。如圖5-2（a）所示，隨著輻照劑量的累積，NMOS器件的閾值電壓逐漸前移。但由于該0.18μmBCD工藝下，1.8V單管的柵氧較薄，輻照對其閾值電壓的影響有限，閾值電壓前移并不明顯。由5-2（b），接受100krad（SiO2）的輻照后，所有器件關(guān)態(tài)漏電流達到μA級，明顯變差。由該100krad~300krad（SiO2）的TID輻照，器件關(guān)態(tài)泄漏電流的大小隨劑量累積確有增大。在300krad時，傳統(tǒng)直柵器件（ID-str）的關(guān)態(tài)泄漏電流達到近8μA，而兩種環(huán)柵器件（ID-bc、ID-8）的泄漏電流為3μA左右。由于低壓器件氧化層較薄的特性，截角矩形與“8”字形柵結(jié)構(gòu)器件的關(guān)態(tài)泄漏電流大小在輻照下并未拉開較大的差距。5.25V單管實驗5V單管測試芯片的版圖、芯片與測試用PCB如圖5-3所示。圖5-35V單管的版圖、芯片顯微照片與PCB圖該5V芯片的器件類型與接受的輻照與1.8V器件相同。接受輻照時，柵電壓為5V，漏、源電壓均為0V。輻照后測試時，漏極電壓為0.3V，掃描柵極電壓獲得其轉(zhuǎn)移特性曲線。5V單管的轉(zhuǎn)移特性曲線與其局部放大圖如圖5-4、5-5所示。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Flash存儲器中負壓電荷泵的研究與設(shè)計[J]. 謝凱毅,王灣,劉璟,霍長興,謝元祿,孫海濤,張坤,畢津順,劉明.  微電子學(xué)與計算機. 2016(12)
[2]基于低壓CMOS工藝的新型負電壓型電荷泵電路[J]. 羅志聰,黃世震,葉大鵬.  半導(dǎo)體技術(shù). 2016(12)
[3]MOS結(jié)構(gòu)γ總劑量效應(yīng)仿真模型研究[J]. 李念龍,于奇,王凱,于文華,董鑄祥.  微電子學(xué). 2013(03)
[4]輻照偏置影響深亞微米MOS器件總劑量效應(yīng)的理論研究[J]. 丁李利,郭紅霞,陳偉,范如玉,王忠明,閆逸華,陳雷,孫華波.  原子能科學(xué)技術(shù). 2013(05)
[5]PSM調(diào)制電荷泵電路[J]. 熊富貴,羅萍,李肇基,劉建,鄭堯.  微電子學(xué). 2004(02)

博士論文
[1]智能功率集成電路抗輻射加固設(shè)計研究[D]. 周梟.電子科技大學(xué) 2019

碩士論文
[1]寬溫度全MOS電壓基準源電路設(shè)計[D]. 田偉娜.東南大學(xué) 2017
[2]基于CMOS工藝的抗輻射加固光電探測芯片設(shè)計[D]. 萬宵鵬.電子科技大學(xué) 2015



本文編號：3242101