场效应晶体管单粒子效应的机制与加固方法研究

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1、学校代号10530学号201330101232分类号TN303密级硕士学位论文场效应晶体管单粒子效应的机制与加固方法研究学位申请人陈毅华指导教师唐明华教授学院名称物理与光电工程学院学科专业集成电路工程研究方向集成电路二○一六年五月十日StudyonSingleEventEffectMechanismandHardenedTechniquesofFieldEffectTransistorCandidateYihuaChenSupervisorProfessorMinghuaTangCollegeSchoolofPhysicsandOptoelectricEngineerin

2、gProgramIntegratedCircuitSpecializationIntegratedCircuitEngineeringDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateMay10,2016摘要随着半导体制造、电路设计技术和计算机体系结构的惊人的技术进步，使得微处理器的性能和集成密度以指数增加。由于尺寸和集成电路工作电压的减小满足了消费者日益增长的低功耗、高速度的需求，但是其对辐射的敏感性也可能会增加。深亚微米器件的单粒子效应的敏感性增加，从而构成了一个特定类别的辐射效应。单粒子效应的发生是因为

3、一个能量粒子引起的，如重离子或中子轰击器件并导致器件的非正常运作。因此，对单粒子效应以及其加固方法的研究很有必要。基于以上原因，本文利用器件仿真软件SentaurusTCAD对场效应晶体管的单粒子效应机制和加固方法做了相关研究。首先我们对基于90nm技术节点的P型场效应晶体管进行了建模和校准，对影响单粒子效应的因素进行模拟仿真，如漏极电压、重离子线性传输能量等。研究了双极放大效应对90nmPMOS管的单粒子效应的影响，结果表明双极放大效应对90nmPMOS管的单粒子效应影响非常之大。探究了阱接触对单粒子效应的影响，仿真表明阱接触有着减小双极放大效应的作用，所以阱接触对90

4、nmPMOS管的单粒子效应有非常重要的影响，即阱接触越近或者面积越大都会使得其单粒子效应减小。其次，我们还对保护漏结构、漏墙结构和保护环结构抗单粒子效应做了仿真研究。研究发现，保护漏结构几乎不具有抗单粒子效应的作用，而漏墙结构的抗单粒子效应效果也并不明显。最佳抗单粒子效应的结构为保护环结构，由于保护环的作用是减小双极放大作用，所以体现出双极放大效应对90nmPMOS管的单粒子效应有着非常重要的影响。最后，我们设计了一种抗90nm反相器PMOS管单粒子效应的结构-三管共漏结构。此结构不仅能够减小PMOS管的双极放大作用而且还能减缓漏极漏斗效应对空穴收集的影响。仿真表明三管共

5、漏结构有着很好的抗单粒子效应的效果。此外我们还对三管共漏结构进行了版图设计加固，这种结构不仅能够减小版图的面积而且还能提升其抗单粒子效应的效果。关键词：单粒子效应；场效应晶体管；SentaurusTCAD；抗单粒子加固IABSTRACTAstonishingtechnicaladvancesinsemiconductorfabrication,circuitdesigntechniquesandcomputerarchitecturehaveenabledanexponentialincreaseintheperformanceandintegrationdensityo

6、fmicroprocessors.Asthedimensionandoperatingvoltageofintegratedcircuits(ICs)areshrunktosatisfytheconsumer’severincreasingdemandforlowerpowerandhigherspeedapplications,buttheirsensitivitytoradiationmightincreasesignificantlyDeepsub-microndevicesshowincreasedsusceptibilitytosingle-eventeffec

7、ts(SEE),whichconstituteaparticularcategoryofradiationeffect.Asingle-event(SE)occurswhenanenergeticparticle,suchasaheavyionorneutron,strikesadeviceandcausesachangeinthedevice'snormaloperation.Sostudyonmitigatingtheinfluenceofsingleeventeffectandradiationhardenedbydes