辐照对集成电路抗ESD(静电放电)能力的影响

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1、摘要摘要随着航天航空技术的发展，越来越多的航天航空器在太空工作，宇宙中存在各种射线的辐射，将使航天航空器上电子器件的性能和参数发生改变，对航天航空器的正常工作产生影响，同时暴露在高能粒子辐照的环境的航天器很容易产生内部充电放电，对器件造成危害。太空环境中的电离辐照、充放电效应和单粒子效应是影响航天器电子器件工作可靠性的三个最主要的失效机理。本文利用IC最常用的NMOSFET器件，研究电离辐照对MOS器件电参数的影响，从而进一步研究这种影响对MOS器件抗ESD特征参数的变化，试图揭示处于空间辐照环境中的微电子器件抗

2、ESD能力的变化情况，研究在电离辐照和静电放电两种失效机理共同影响下的器件可靠性。主要研究工作如下：第一，进行了NMOS管辐照实验，测得了不同总剂量对应的阈值电压漂移量，第二，用栅压偏置来近似等效辐照产生的阈值电压漂移，通过研究NMOS在栅压偏置下的TLP作用下IV曲线变化，来预测和评估在辐照和ESD综合作用下器件的可靠性问题。通过不同栅压下NMOS器件的TLP应力测试，研究出NMOS几个关键参数(V。l、Vh、Ih、V小It：等)随栅压的变化关系。研究结果表明：不同栅压对NMOS在TLP作用下开启点和维持点和二

3、次击穿点会产生以下影响：(1)开启电压都是随着栅压的增加而先增加后降低；(2)维持点电压几乎不受栅压的影响；(3)维持点电流都是随着栅压先增加，然后再下降并保持在一个稳定的值；(4)栅压对It2的影响依赖于沟道宽度，宽度越宽，栅压对It2影响越大；(5)栅压对It2的影响与沟道长度相关性不大；(6)It2大体上是随着栅压的增加先增加，再减小。最后对影响机理进行了分析，并根据It2的变化特性可以推断出MOS器件抗静电能力随着总剂量的增加先增强后降低，此研究结果将对集成电路的加固设计提供一定的理论依据和指导意义。关键

4、词辐照；ESD；阈值电压；二次击穿点；NMOS；栅压偏置广东工业大学硕士学位论文ABSTRACTESDhavealonghistoryofplaguingspaceelectronics．Satellites，forinstance，operateinhigh—energyplasma，whichmaycreateinhomogeneouscharging，leadingtohi曲voltagesandfrequentdischarges．Thisissuebecomesmoreandmoreseriousast

5、heincreasingscalingofintegratedcircuit．Besides，Spaceelectronicsarealsothreatenedbythepresenceofionizingradiation，degradationwilloccurinCMOScircuitifionizingradiationtakesplace，thedegradationincludingradiationinducedleakagecurrent，radiationsoftbreakdown，drainc

6、urrentcollapse，shiftingofthresholdvoltage．Inthispaper，wetrytoinvestigatetheradiationeffectsoncircuit’sESDrobustness，NMOSFET，whichisoftenusedasanESDprotectionelement谢mitsgategrounded，isstudiedunderthecombinationstressesofradiationandTLP，Wesimplifytheexperiment

7、sfirstbystressingTLPatthedrainwi廿1differentgatebiases，whichareusedtomimictheshiftingofthresholdvoltagecausedbyionizingradiation，thenthevariationofNMOSconductioncharacteristicunderTLPareanalyzed．Fromtheresultsofthisresearch,wecanpredictthecombinestresseffectso

8、fESDandradiationonIC，SOsomeguidelineofcircuitrobustdesignCanbeprovided．KeywordsESD；Radiation；TLP；NMOS；Gatebiases；shiftingofthresholdⅡ独创性声明秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得