本文選題：納米器件　切入點(diǎn)：SRAM　出處：《蘭州大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：半導(dǎo)體器件的輻照損傷效應(yīng)研究領(lǐng)域較廣,但是主要集中在三個(gè)方面:單粒子效應(yīng)(SEE),總劑量效應(yīng)(TID)和位移損傷效應(yīng)(DD)。每種效應(yīng)都有著不同的研究手段,以及評(píng)估損傷嚴(yán)重性的方法和方案。三大效應(yīng)都是粒子輻照對(duì)半導(dǎo)體器件帶來的不同影響,本論文主要針對(duì)單粒子效應(yīng)開展研究。根據(jù)摩爾定律,半導(dǎo)體集成電路中可容納的晶體管數(shù)目大約每兩年(18個(gè)月)就會(huì)增加一倍。半導(dǎo)體行業(yè)也確實(shí)如摩爾定律所描述的這樣不斷地進(jìn)步發(fā)展,不斷地涌現(xiàn)出令人驚嘆的科技成果,方便著人們的工作和生活。半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展雖然令人振奮,但是晶體管數(shù)目不斷增長的同時(shí)也引入了一些新問題,特別是在航天應(yīng)用領(lǐng)域,隨著半導(dǎo)體器件的集成度不斷增加,器件的特征尺寸不斷縮小,芯片的工作電壓越來越低,工作頻率越來越高,最終導(dǎo)致半導(dǎo)體器件對(duì)于帶電粒子入射變得越來越敏感,本論文的工作正是建立在這個(gè)基礎(chǔ)之上的。一方面,空間輻射環(huán)境中質(zhì)子是主要成分,隨著航天器件特征尺寸的減小,質(zhì)子所帶來的威脅越來越大。另一方面,國內(nèi)目前缺乏用于開展質(zhì)子地面模擬實(shí)驗(yàn)的加速器裝置,對(duì)于質(zhì)子引起的單粒子效應(yīng)研究有限,因此開展質(zhì)子引起的納米器件單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)研究無論是從基礎(chǔ)研究還是航天應(yīng)用角度都具有較大的意義。本論文分別從蘭州重離子加速器(HIRFL)獲取了25MeV/u的Kr離子束流以及9.5 MeV/u的Bi離子束流,從北京大學(xué)重離子物理研究所的EN-18串列靜電加速器獲得了初始質(zhì)子能量為1 MeV-8 MeV的低能質(zhì)子束流,從瑞士保羅謝爾國家實(shí)驗(yàn)室(PSI)質(zhì)子輻照終端(PIF)獲取了初始能量為200 MeV的高能質(zhì)子束流。利用這些束流針對(duì)納米器件開展了一系列單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究,主要研究了一系列束流參數(shù)(能量、LET、射程等)及器件參數(shù)(填充數(shù)據(jù)、工作電壓、工作溫度等)條件下對(duì)于單粒子翻轉(zhuǎn)的敏感性研究。并且使用聚焦離子束技術(shù)(FIB)及掃描電子顯微鏡(SEM)手段對(duì)實(shí)驗(yàn)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行了分析,從而建立了相關(guān)的器件模型。使用SRIM、CREME-MC、Geant4等模擬計(jì)算軟件開展了更深入的分析討論和研究。本論文主要內(nèi)容有:·低能質(zhì)子通過直接電離引起商業(yè)級(jí)納米SRAM器件單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明,低能質(zhì)子通過直接電離機(jī)理能夠引起商業(yè)級(jí)納米SRAM器件的單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng),并且其翻轉(zhuǎn)截面要相對(duì)高能質(zhì)子高出好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。直接電離引起的器件翻轉(zhuǎn)截面對(duì)于質(zhì)子能量非常敏感,并且在不同的工作電壓及工作溫度下影響較大。對(duì)于不同的填充數(shù)據(jù)圖形,翻轉(zhuǎn)截面幾乎沒有變化�！ら_展了不同質(zhì)子能量以及不同工作溫度下中高能質(zhì)子通過核反應(yīng)引起納米SRAM器件單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明,隨著器件特征尺寸降低,器件對(duì)于高能質(zhì)子引起的單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)更加敏感。并且隨著溫度的升高,器件單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)的敏感性增加�！つ芰酷x對(duì)于實(shí)驗(yàn)測(cè)試質(zhì)子引起的單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)截面的研究。結(jié)果表明,在低能質(zhì)子區(qū)域使用降能片會(huì)大大的降低單粒子翻轉(zhuǎn)截面峰值,并且得到錯(cuò)誤的單粒子翻轉(zhuǎn)的質(zhì)子能量閾值,而高能質(zhì)子區(qū)域降能片的使用有可能會(huì)引起翻轉(zhuǎn)截面數(shù)據(jù)的異常�！そY(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)再通過Space Radiation模擬仿真軟件,預(yù)估了實(shí)驗(yàn)所用器件的空間在軌錯(cuò)誤率,并且得到了低能質(zhì)子所占的比例。結(jié)果表明對(duì)于特征尺寸為商業(yè)級(jí)65 nm的SRAM來說,低能質(zhì)子直接電離引起的在軌錯(cuò)誤率和高能質(zhì)子核反應(yīng)大致相當(dāng),不可忽略。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN303

【參考文獻(xiàn)】

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1 童騰;蘇弘;王曉輝;劉杰;張戰(zhàn)剛;劉天奇;古松;楊振雷;;一種改進(jìn)的SRAM單粒子效應(yīng)檢測(cè)系統(tǒng)[J];原子核物理評(píng)論;2014年02期

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1 侯明東;劉杰;李保權(quán);甄紅樓;;單粒子效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題[A];中國空間科學(xué)學(xué)會(huì)空間探測(cè)專業(yè)委員會(huì)第十二次學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];1999年

2 侯明東;張慶祥;甄紅樓;劉杰;;利用HIRFL開展質(zhì)子單粒子實(shí)驗(yàn)的可能性[A];第九屆全國日地空間物理學(xué)術(shù)討論會(huì)論文摘要集[C];2000年

3 張戰(zhàn)剛;劉杰;侯明東;蘇弘;孫友梅;段敬來;莫丹;姚會(huì)軍;羅捷;耿超;;單粒子效應(yīng)加速器試驗(yàn)中傾角測(cè)量方法的適用性研究[A];第二十四屆全國空間探測(cè)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文摘要集[C];2011年

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本文編號(hào)：1630632