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一种高抗辐射SOI CMOS电脉冲时间间隔测定电路的研究

作　者: 孔荆钟
导　师: 高勇；李福德
学　校: 西安理工大学
专　业: 微电子与固体电子学
关键词: 绝缘体上硅技术(SOI技术) 抗辐射版图设计
分类号: TN432
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
下　载: 99次
引　用: 1次
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内容摘要

90年代以来，随着我国宇航事业的高速发展，人们对测距仪的核心部件——电脉冲时间间隔测定器的要求越来越高。传统的体硅CMOS工艺制造的测距仪由于体硅材料和器件结构的限制，无法工作在恶劣的环境下，空间的辐射、温度的升高等都会导致器件和电路的性能急剧恶化，测量精度和工作速度下降，不能满足宇航事业的要求。为了使器件能在恶劣的条件下仍能正常工作。SOI技术以其独特的材料结构有效地克服了体硅材料的不足，它具有无闭锁效应；漏源寄生电容小；较高的跨导和电流驱动能力；器件结构简单；器件之间距离小；集成度高；抗辐射性能优良等优点。本文采用了SOI（Silicon-on-Insulator）技术进行该集成电路的制作。首先，利用SPICE软件和BSIM3SOI器件模型对SOI MOSFET器件进行了模拟，分析了SOI MOSFET器件的特性和这些特性对电路的影响，为SOI电脉冲时间间隔测定器制作中基本器件——SOI MOSFET提供了设计依据。其次，在阐述电路工作原理的基础上，本文重点进行了抗辐射优化设计，通过实验分析找到了向SOI材料的SiO₂埋层注入F⁺离子的优化注入条件。最后，采用优化后的工艺技术进行了版图设计、投片和测试。测试结果表明：当注入能量为90keV，剂量为1×10¹⁵/cm²时，器件的抗辐射性能最佳，有效地抑制SOI CMOS器件的阈值电压的漂移，提高了电路的抗辐射性能。

全文目录

1 绪论  9-14
  1．1 SOI技术的发展过程  9-11
  1．2 SOI技术相对于体硅的优越性  11-13
  1．3 本论文的主要任务及指标  13-14
2 SOI材料及器件的若干物理问题  14-32
  2．1 SOI材料的制备  14-17
  2．2 SOI器件的若干物理问题  17-24
    2．2．1 阈值电压  19-20
    2．2．2 亚阈值斜率  20-21
    2．2．3 浮体效应  21-23
    2．2．4 短沟道效应  23-24
  2．3 SOI CMOS工艺特点  24-29
    2．3．1 隔离技术  25-26
    2．3．2 杂质分布  26-29
  2．4 SOI技术的应用  29-32
3 SOI MOSFET器件的模拟  32-40
  3．1 BSIM3SOI模型  32-33
  3．2 参数的提取  33-34
  3．3 模拟结果与分析  34-40
4 SOI CMOS电脉冲时间间隔测定电路的设计  40-50
  4．1 电路设计  40-46
    4．1．1 延迟电路单元（delay circuit）  42-43
    4．1．2 选通控制器（ctrl strobe）  43-44
    4．1．3 多路选择器（MUX）  44-46
  4．2 版图设计  46-50
    4．2．1 布局布线设计  46-48
    4．2．2 版图检查  48-50
5 抗辐射优化设计  50-59
  5．1 辐射环境  50-51
  5．2 辐射引起的各种效应  51-54
    5．2．1 单粒子效应  51-53
    5．2．2 电离总剂量效应  53-54
  5．3 抗辐射设计  54-59
    5．3．1 工艺技术加固  54-56
    5．3．2 抗辐射版图优化设计  56-59
6 芯片试制与测试结果分析  59-65
  6．1 制造工艺流程  59-62
  6．2 芯片测试及结果分析  62-65
    6．2．1 器件特性测试结果  62-63
    6．2．2 电路功能测试结果  63
    6．2．3 电路的抗辐射性能测试  63-65
结束语  65-66
致谢  66-67
参考文献  67-71
附录  71

一种高抗辐射SOI CMOS电脉冲时间间隔测定电路的研究

内容摘要

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