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CC4013集成电路电离辐射效应研究

作　者: 刘超铭
导　师: 耿洪滨
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料学
关键词: CMOS器件高能带电粒子电离辐射辐射损伤
分类号: TN492
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

航天器在轨服役期间受到空间高能带电粒子辐照环境的影响,会导致内部的电子元器件出现异常或失灵。空间高能带电粒子包括辐射带质子和电子、太阳宇宙线质子及银河宇宙线粒子,这些高能带电粒子会造成电子元器件的总剂量效应损伤。电子元器件的总剂量效应损伤包括电离效应与位移效应损伤,且MOS型器件对电离辐射效应较为敏感。因此深入开展CC4013器件电离辐射效应损伤,有着重要的理论及工程意义。本文针对CC4013集成电路的电离辐射效应损伤机理进行研究与分析。分别从模拟计算及地面试验两方面,开展高能带电粒子辐照效应损伤机理研究。选取不同能量的质子、电子、Br离子与Co-60作为辐射源进行辐照试验,得到CC4013集成电路电性能参数随吸收剂量的变化关系。针对不同能量、种类的辐射粒子,选用GEANT4计算程序计算每种粒子在CC4013集成电路敏感区中造成的吸收剂量。并选取单管MOSFET,对两者的辐照退化情况做了比较。比较试验数据和理论计算结果,可更好地分析CC4013器件的电离辐射效应损伤机理。辐照试验结果表明,在不同种类辐照源的条件下,随着辐照吸收剂量的增加,CC4013器件的电性能参数都有明显的退化趋势。不同种类的辐照源对CC4013器件的性能参数有着不同的影响,Co-60源与电子辐照的作用效果接近,影响程度最大;质子其次;Br离子的影响程度最小。辐照通量在所选择的范围内对器件的电性能退化规律影响不大,但相同吸收剂量下,较低辐照通量的Br离子会使P沟道阈值电压产生较大的变化量。辐照粒子能量对CC4013集成电路电性能参数的影响不同。相同吸收剂量下,较高能量的质子会使阈值电压变化程度加大;较高能量的Br离子辐照可使N沟道阈值电压达到更大的负方向飘移。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-21
  1.1 课题背景和意义  9
  1.2 空间辐射环境与辐射效应  9-12
    1.2.1 空间辐射环境  9-11
    1.2.2 辐射总剂量效应  11-12
  1.3 CMOS集成电路的结构与特点  12-14
  1.4 MOS结构的电离辐射效应  14-18
    1.4.1 MOS结构的电荷和陷阱  14-15
    1.4.2 MOS结构的电离辐射效应  15-18
    1.4.3 电离辐射效应对MOS器件造成的影响  18
  1.5 电子元器件辐射效应研究方法  18-19
    1.5.1 空间搭载研究方法  18-19
    1.5.2 数值模拟研究方法  19
    1.5.3 地面试验研究方法  19
  1.6 研究目的及内容  19-21
第2章试验器件及研究方法  21-30
  2.1 试验器件  21-23
  2.2 试验方法  23-30
    2.2.1 试验辐照源  23-25
    2.2.2 试验测试装置  25-27
    2.2.3 测试参数与测试条件  27-30
第3章空间高能粒子辐照吸收剂量计算  30-40
  3.1 Monte Carlo方法  30-34
    3.1.1 Monte Carlo方法概述  30-31
    3.1.2 计算程序  31-34
  3.2 实验室等效注量计算方法及计算结果  34-38
    3.2.1 实验室等效注量计算方法  34
    3.2.2 计算结果  34-38
  3.3 本章小结  38-40
第4章 CC4013 集成电路电离辐射损伤效应  40-61
  4.1 CC4013 器件辐照损伤退化规律  41-55
    4.1.1 P沟道阈值电压(VthP)辐照退化规律  41-47
    4.1.2 N沟道阈值电压(VthN)辐照退化规律  47-52
    4.1.3 MOSFET与CC4013 阈值电压退化规律比较  52-55
  4.2 CC4013 器件辐照损伤机理分析  55-59
    4.2.1 MOS型器件电离辐射机理  55-56
    4.2.2 阈值电压退化机理分析  56-57
    4.2.3 不同种类辐照源对CC4013 器件辐照损伤机理分析  57-59
  4.3 本章小结  59-61
结论  61-62
参考文献  62-68
致谢  68

CC4013集成电路电离辐射效应研究

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