王义元博士论文

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1、分类号密级UDC编号中国科学院研究生院博士学位论文典型双极模拟集成电路电离辐射效应及机理研究王义元指导教师任迪远研究员；陆妩研究员中国科学院新疆理化技术研究所申请学位级别博士学科专业名称微电子学与固体电子学论文提交日期2011.4论文答辩日期2011.5.30培养单位中国科学院新疆理化技术研究所学位授予单位中国科学院研究生院答辩委员会主席韩郑生申请博士学位论文典型双极模拟集成电路电离辐射效应及机理研究研究生：王义元(2006级)导师：任迪远研究员陆妩研究员专业：微电子学与固体电子学中国科学院新疆理化技术研究所二○

2、一一年五月IonizingRadiationEffectsandMechanismsofTypicalBipolarAnalogIntegratedCircuitsDissertationSubmittedtoXinjiangTechnicalInstituteofPhysicsandChemistryChineseAcademyofSciencesinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofDoctorofMicroelectronicsandSolidS

3、tateElectronicsbyWangYiyuan(MicroelectronicsandSolidStateElectronics)DissertationSupervisor:ProfessorRenDiyuanProfessorLuWuMay,2011独创性声明本人声明所呈交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国科学院新疆理化技术研究所或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作

4、的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权说明本学位论文作者完全了解中国科学院新疆理化技术研究所有关保留、使用学位论文的规定。特授权中国科学院新疆理化技术研究所可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编，以供查阅和借阅。同意研究所向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的论文在解密后应遵循此规定）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要典型双极模拟

5、集成电路电离辐射效应及机理研究摘要随着空间技术的不断发展，愈来愈多的半导体器件和电路将工作在复杂、苛刻的空间辐射环境中。然而受电离辐射作用的影响，半导体器件的性能必将发生退化，给航天电子系统的可靠性带来重大隐患。但是各类器件的辐射损伤的敏感参数不同，而严重影响空间的应用和评估；而且双极模拟集成电路的低剂量率损伤增强效应的存在，严重威胁到空间低剂量率辐射环境中航天器电子系统的稳定性、可靠性和寿命。因此，对于空间低剂量率辐射环境中，双极模拟电路的辐射损伤增强效应受到了国内外的广泛关注。目前的研究结果表明，虽然多数模拟

6、电路具有低剂量率损伤增强效应，但对何类器件在何种情况下具有低剂量率损伤增强效应未进行深入系统的研究；而且低剂量率损伤增强效应的物理机制也有待进一步完善。再者空间电子设备可能处于工作或关机的不同状态，需要研究偏置对电离损伤的影响；这对于研究电离损伤机理也很有帮助。因此，对典型模拟集成电路在不同偏置下的高低剂量率的电离辐射效应研究，及其损伤机理的分析具有重要意义。本文首先研究了双极晶体管在不同偏置下的电离辐射效应，发现器件是否具有低剂量率损伤增强效应与辐照偏置条件有关。结合竞争模型，提出了偏置不但影响氧化层内的电场，

7、而且可以通过对半导体材料内的可动载流子浓度的控制，影响辐射缺陷的生成。并且通过设计的一组试验，证实了这一结论，并深入解释了偏置对剂量率效应影响的原因。其次，对模拟电路中的基础电路--运算放大器及其结构相似的电压比较器进行了研究。在国内率先对高速新型工艺的运算放大器进行了探索，分析了新型结构运算放大器的辐照敏感参数，发现了工作电压对其电离损伤和剂量率效应影响的重要性；探讨了辐照偏置条件对电压比较器的电参数和功能变化模式的影响。同时，首次对以运算放大器为核心控制模块的各种结构线性稳压器进行了系统、全面的研究。分析了辐

8、照剂量率和偏置条件对器件损伤规律和敏感参数的影响；提出零偏和典型工作偏置可以代表线性稳压器的所有的辐照偏置的I典型双极模拟集成电路电离辐射效应及机理研究损伤规律；通过高低剂量率的研究，指出不同偏置下可能导致器件具有不同的剂量率效应。而且对线性稳压器多个电参数的辐照变化的原因，进行了全面的分析。并对工程评估应中敏感参数的选择提出了指导。最后，对模拟电路性能要求严格，常含有由