深亞微米器件輻射機(jī)理及仿真技術(shù)研究.pdf

1、作為核心器件，高集成度和高可靠性集成電路已成為制約我國(guó)各種航天器及輻射環(huán)境下武器裝備性能提升的主要因素。隨著CMOS工藝的持續(xù)進(jìn)步，集成電路的尺寸具有越發(fā)減小的趨勢(shì)，集成度也在持續(xù)升高，由此引發(fā)的輻射損傷越發(fā)明顯；同時(shí)，復(fù)雜空間環(huán)境下不同效應(yīng)協(xié)同作用出現(xiàn)的輻射耦合效應(yīng)，又使得采用單一效應(yīng)假設(shè)下獲得的器件、電路損傷結(jié)論和實(shí)際情況不能相吻合，使得電子系統(tǒng)輻射損傷機(jī)制的探索和抗輻射加固技術(shù)的研發(fā)難度不斷提高。
　　研究深亞微米器件輻射環(huán)

2、境下的失效機(jī)理及輻射效應(yīng)模型技術(shù)，準(zhǔn)確、完整地揭示深亞微米級(jí)器件輻射損傷機(jī)制，有效的多種因素耦合效應(yīng)協(xié)同仿真方法和模擬工具有必要被開(kāi)發(fā)出來(lái)，基于此，本文開(kāi)展了基于耦合輻射效應(yīng)的深亞微米器件輻射機(jī)理及仿真技術(shù)的研究工作。論文的主要研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）提出了一種脈沖激光等效重離子LET閾值的單粒子效應(yīng)模型，為單粒子輻射效應(yīng)的仿真提供了一種新的手段。在深入分析單粒子輻射效應(yīng)物理機(jī)理基礎(chǔ)上，該模型考慮了激光入射時(shí)能量折射率、透射率、

3、SiO2層的調(diào)制因素，最大可能的改進(jìn)能量損耗函數(shù)，從而提升激光等效重離子LET閾值模型的準(zhǔn)確性；
　　（2）改進(jìn)和完善了現(xiàn)有的總劑量輻射效應(yīng)模型，進(jìn)一步完善了總劑量輻射效應(yīng)模型與輻射時(shí)間、器件結(jié)構(gòu)的關(guān)系。該模型采用離散化時(shí)間，并考慮了輻射過(guò)程中能量衰減、初始電場(chǎng)、變化電場(chǎng)等因素與電荷累積過(guò)程，從而提升了總劑量輻射效應(yīng)模型的準(zhǔn)確性；
　?。?）基于提出的脈沖激光等效重離子LET閾值單粒子效應(yīng)模型和改進(jìn)型總劑量效應(yīng)模型，開(kāi)發(fā)了支

4、持單粒子與總劑量效應(yīng)的軟件程序。程序開(kāi)發(fā)過(guò)程中，單粒子效應(yīng)模型部分引入透射率函數(shù)改進(jìn)激光能量的校正計(jì)算等效重離子LET閾值，總劑量效應(yīng)模型部分采用離散時(shí)間累積迭代算法計(jì)算空穴累積數(shù)目；在此基礎(chǔ)上，將開(kāi)發(fā)的軟件程序和 Sentaurus TCAD軟件結(jié)合形成模擬平臺(tái)，構(gòu)建了支持單粒子與總劑量效應(yīng)協(xié)同仿真的模擬平臺(tái)；
　?。?）基于單粒子與總劑量協(xié)同效應(yīng)仿真的模擬平臺(tái)，進(jìn)行CMOS器件單粒子和總劑量效應(yīng)協(xié)同仿真的驗(yàn)證和分析?；?5n

5、m NMOS三維器件，分別進(jìn)行了0Krad、200Krad、800Krad總劑量輻射條件下的單粒子輻射效應(yīng)仿真，并將這三組仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。通過(guò)多組數(shù)據(jù)的對(duì)比和分析表明，隨總劑量輻射效應(yīng)的增強(qiáng)，單粒子效應(yīng)越明顯；而當(dāng)單粒子輻射效應(yīng)較強(qiáng)時(shí)，總劑量輻射效應(yīng)對(duì)單粒子效應(yīng)的影響程度會(huì)減小。仿真結(jié)論顯示所提出的輻射效應(yīng)模型及TCAD仿真模擬平臺(tái)能很好的預(yù)測(cè)深亞微米CMOS器件電學(xué)特性受單粒子和總劑量協(xié)同效應(yīng)的影響情況，驗(yàn)證了模型、軟件程序與模