半導(dǎo)體技術(shù)對航空航天事業(yè)起著極為重要的作用,應(yīng)用在商業(yè)航天領(lǐng)域的電子設(shè)備及系統(tǒng)需要在空間輻射環(huán)境下有足夠的可靠性和運(yùn)行壽命,應(yīng)具備足夠的抗輻射能力。智能功率集成電路在設(shè)備及系統(tǒng)中為各類芯片供電,可以被看作是所有集成電路的“心臟”,更是商業(yè)航天設(shè)備的關(guān)鍵。隨著我國商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,對電子設(shè)備及系統(tǒng)抗輻射能力的要求越來越高,因此智能功率集成電路的抗輻射性能顯得尤為重要,是航天設(shè)備在輻射環(huán)境中工作的基礎(chǔ)。國外對抗輻射加固技術(shù)的研究起步較早,目前對輻射效應(yīng)機(jī)理和抗輻射加固技術(shù)的研究已經(jīng)取得不錯的進(jìn)展。國外已有若干公司能提供航天級抗輻射智能功率變換芯片及電源模塊,可應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。國內(nèi)對該領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)的研究起步較晚,目前遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于國外。國內(nèi)目前抗輻射分立器件、抗輻射工藝開發(fā)、數(shù)字電路抗單粒子加固技術(shù)等方面已經(jīng)有所進(jìn)展,但在標(biāo)準(zhǔn)BCD工藝下針對抗輻射智能功率集成電路加固技術(shù)的研究還較少。因此在該領(lǐng)域的研究對商用航天產(chǎn)業(yè)具有重大意義。本文在此背景下,基于標(biāo)準(zhǔn)BCD工藝,研究輻射效應(yīng)對BJT、MOS、LDMOS等器件的影響,分析了輻射效應(yīng)對預(yù)降壓、基準(zhǔn)、跨阻放大器等關(guān)鍵子電路的影響。在標(biāo)準(zhǔn)BCD...

【文章頁數(shù)】：149 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 研究工作的背景與意義
    1.2 輻射環(huán)境簡介
    1.3 集成電路的輻射效應(yīng)
        1.3.1 總劑量效應(yīng)
        1.3.2 單粒子效應(yīng)
    1.4 集成電路抗輻射技術(shù)的國內(nèi)外研究歷史與現(xiàn)狀
    1.5 本文主要貢獻(xiàn)與創(chuàng)新
    1.6 論文的結(jié)構(gòu)安排
第二章 抗輻射半導(dǎo)體器件研究與設(shè)計(jì)
    2.1 輻射效應(yīng)對半導(dǎo)體器件的影響
        2.1.1 雙極晶體管總劑量輻射效應(yīng)
        2.1.2 MOS晶體管總劑量輻射效應(yīng)
    2.2 環(huán)柵MOS管結(jié)構(gòu)及等效模型
        2.2.1 環(huán)柵MOS管結(jié)構(gòu)
        2.2.2 環(huán)柵MOS管等效模型
    2.3 Sentaurus器件電學(xué)仿真及總劑量效應(yīng)仿真
        2.3.1 直柵MOS管工藝參數(shù)擬合
        2.3.2 環(huán)柵MOS管等效寬長比仿真驗(yàn)證
        2.3.3 總劑量效應(yīng)仿真
    2.4 Cadence中環(huán)柵MOS管單元庫建立流程
        2.4.1 Cadence庫建立流程
        2.4.2 Spectre仿真庫建立流程
        2.4.3 Calibre庫建立流程
    2.5 b字形環(huán)柵與8 字形環(huán)柵對比研究與設(shè)計(jì)
        2.5.1 b字形環(huán)柵管寬長比模型計(jì)算范圍
        2.5.2 b字形環(huán)柵管寬長比模型計(jì)算準(zhǔn)確性
        2.5.3 8字形環(huán)柵管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        2.5.4 8字形環(huán)柵管寬長比預(yù)估
        2.5.5 8字形環(huán)柵管測試及分析
    2.6 本章小結(jié)
第三章 抗輻射功率器件研究與設(shè)計(jì)
    3.1 NMOS功率管總劑量效應(yīng)研究及加固設(shè)計(jì)
        3.1.1 總劑量效應(yīng)對NMOS功率管電學(xué)特性的影響
        3.1.2 華夫餅形NMOS功率管抗總劑量效應(yīng)版圖加固設(shè)計(jì)
        3.1.3 華夫餅形 NMOS 功率管總劑量輻照實(shí)驗(yàn)
    3.2 NLDMOS功率管總劑量效應(yīng)研究及加固設(shè)計(jì)
        3.2.1 總劑量效應(yīng)對NLDMOS功率管電學(xué)特性的影響
        3.2.2 跑道形NLDMOS功率管抗總劑量效應(yīng)版圖加固設(shè)計(jì)
        3.2.3 跑道形 NLDMOS 功率管總劑量輻照實(shí)驗(yàn)
    3.3 總劑量輻照中偏置對功率管輻射效應(yīng)的影響
        3.3.1 器件總劑量輻射效應(yīng)的理論模型
        3.3.2 偏置對總劑量效應(yīng)的影響
        3.3.3 總劑量輻照測試及分析
    3.4 本章小結(jié)
第四章 抗輻射關(guān)鍵子電路研究與設(shè)計(jì)
    4.1 抗輻射預(yù)降壓電路研究與設(shè)計(jì)
        4.1.1 預(yù)降壓電路工作原理及輻照特性
        4.1.2 DTMOS管工作原理
        4.1.3 抗輻射預(yù)降壓電路設(shè)計(jì)
        4.1.4 預(yù)降壓電路仿真及分析
        4.1.5 預(yù)降壓電路版圖設(shè)計(jì)
    4.2 抗輻射基準(zhǔn)電壓源研究與設(shè)計(jì)
        4.2.1 基準(zhǔn)電壓源工作原理及輻照特性
        4.2.2 抗輻射基準(zhǔn)電壓源設(shè)計(jì)
        4.2.3 基準(zhǔn)電壓源仿真及分析
        4.2.4 基準(zhǔn)電壓源版圖設(shè)計(jì)
    4.3 抗輻射增益自調(diào)節(jié)跨阻放大器研究與設(shè)計(jì)
        4.3.1 跨阻放大器工作原理
        4.3.2 電壓放大器
        4.3.3 局部跨阻放大器
        4.3.4 整體跨阻放大器
        4.3.5 自動增益控制及抗輻射加固
        4.3.6 仿真結(jié)果及分析
    4.4 抗單粒子瞬變檢測與屏蔽電路研究與設(shè)計(jì)
        4.4.1 研究背景及單粒子瞬變
        4.4.2 工作原理及電路實(shí)現(xiàn)
        4.4.3 仿真結(jié)果及分析
    4.5 本章小結(jié)
第五章 抗輻射光電接收芯片設(shè)計(jì)及驗(yàn)證
    5.1 光電接收芯片基本結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)傳輸特點(diǎn)
        5.1.1 光電接收芯片的基本構(gòu)成
        5.1.2 數(shù)據(jù)傳輸格式及特點(diǎn)
        5.1.3 噪聲對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?br>        5.1.4 帶寬對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?br>    5.2 抗輻射光電接收芯片設(shè)計(jì)
        5.2.1 光電接收芯片系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
        5.2.2 采用DTMOS的抗輻射基準(zhǔn)電流源
        5.2.3 抗總劑量輻射跨阻放大器
        5.2.4 遲滯比較器
        5.2.5 抗單粒子瞬變檢測與屏蔽電路
        5.2.6 采用環(huán)柵MOS管加固
    5.3 總體仿真及輻照測試
        5.3.1 芯片整體仿真
        5.3.2 光電接收芯片版圖設(shè)計(jì)
        5.3.3 輻照實(shí)驗(yàn)及測試
    5.4 本章小結(jié)
第六章 抗輻射Buck型 DC-DC芯片設(shè)計(jì)及驗(yàn)證
    6.1 Buck變換器基本結(jié)構(gòu)和工作原理
        6.1.1 Buck變換器的基本工作模式
        6.1.2 Buck變換器的調(diào)制方式
        6.1.3 Buck變換器的環(huán)路控制模式
    6.2 抗輻射Buck型 DC-DC系統(tǒng)及關(guān)鍵電路設(shè)計(jì)
        6.2.1 整體芯片結(jié)構(gòu)及工作過程
        6.2.2 工藝庫選擇與器件選型
        6.2.3 抗輻射預(yù)降壓和基準(zhǔn)源設(shè)計(jì)
        6.2.4 采用環(huán)柵MOS管加固
        6.2.5 功率管加固設(shè)計(jì)
    6.3 總體仿真及輻照測試
        6.3.1 整體電路仿真
        6.3.2 Buck芯片版圖設(shè)計(jì)
        6.3.3 芯片測試及輻照實(shí)驗(yàn)
    6.4 本章小結(jié)
第七章 全文總結(jié)與展望
    7.1 全文總結(jié)
    7.2 后續(xù)工作展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間取得的成果



本文編號：3759061