Casa > Notícies > Contingut

Investigació sobre disseny de radiació retallada per a circuits integrats en tecnologia Si

Jan 16, 2018

1. Descripció general

Amb l'aprofundiment continu de l'exploració humana de l'univers, s'han utilitzat més i més dispositius electrònics en el camp de l'aeroespacial. L'existència de grans quantitats de protons d'alta energia, neutrons, partícules alfa i ions pesants en l'ambient espacial tindrà un impacte en els dispositius semiconductors dels dispositius electrònics i, després, amenaça seriosament la fiabilitat i la vida de les naus espacials. Per tant, per tal de satisfer les necessitats d'expansió aeroespacial i millorar la fiabilitat i estabilitat dels dispositius semiconductors en l'entorn de radiació, la investigació sobre els efectes de radiació dels dispositius semiconductors i el reforçament dels efectes de la radiació s'han convertit en el focus de recerca en el camp de l'espai aplicacions.


Actualment, com a tecnologia principal dels dispositius semiconductors, el procés CMOS de silici massiu ha entrat en submicres profund i fins i tot menys de 100 nm. L'aplicació del circuit integrat de semiconductors fabricat a partir d'aquest procés es veurà influenciat per l'efecte de l'efecte de dosi total i l'efecte de l'efecte de partícula individual sobre la radiació. La influència dels efectes de radiació en els circuits integrats de semiconductors es caracteritza per la deriva del voltatge del llindar, l'augment de la intensitat actual i dinàmica i els errors de la funció lògica. Per tant, els dispositius ordinaris i els mètodes de disseny de circuits ja no poden satisfer les necessitats de les aplicacions espacials i militars, i es necessita tecnologia especialitzada en disseny de radiació.


2. Anàlisi de l'efecte de la radiació

2.1 Efecte de l'efecte de dosis total en els dispositius

2.11 Efecte de l'efecte de dosis total a la capa d'òxid de la porta del dispositiu

Tant la porta de silici com el dispositiu de porta metàl·lica, hi ha una capa de SiO 2 de 50 a 200 nm entre la porta i el substrat. Sota la condició de radiació, l'acumulació de càrregues positives passarà a la interfície SiO 2 / Si. Aquesta acumulació de càrrega positiva donarà lloc a la deriva de la tensió de llindar del dispositiu, que eventualment afectarà el rendiment del dispositiu. La variació del voltatge del llindar corresponent al nombre de cavitació capturat introduït per radiació es pot expressar com:

1.png

Fórmula: BH és la part de càrrega positiva fixa de la densitat del cos de cavitació que es captura després de la captura de l'òxid. El paràmetre h 1 és la distància de la interfície Si / SiO 2 a l'òxid, i el forat capturat a aquesta distància es pot combinar electrònicament amb el substrat penetrant a la porta. Només quan el gruix de l'òxid és inferior a 2 xh 1 (6 nm), no es pot observar una captura significativa de forats.


La figura 1 mostra la deriva gradual de la corba característica IV dels tubs NMOS i PMOS típics amb l'augment de la dosi total de ionització de la radiació. L'eix X del diagrama és la tensió de la porta VG, i l'eix Y és l'identificador de corrent de desguàs. 0 és la corba característica IV del dispositiu abans d'irradiar-se; 1, 2, 3 i 4 indiquen la curva característica IV del dispositiu sota diferents dosis irradiades. A mesura que augmenta el temps, augmenta la dosi total de ionització, i la tensió de la tensió del llindar augmenta. Per al tub NMOS, quan la tensió positiva de la porta és més gran que la tensió del llindar, el transistor comença a passar. Per als transistors PMOS, els transistors es connecten quan la tensió negativa de la porta inferior a la tensió del llindar. Segons la figura 1 (a), la tensió del llindar es troba en la direcció negativa amb l'augment de la dosi total de ionització del tub NMOS, que mostra una disminució de la tensió del llindar. Els transistors que s'han de tallar han de ser engegats, i els transistors que han d'estar necessaris han de parar al final del temps. De la mateixa manera, segons la figura 1 (b), el tub PMOS augmenta amb l'augment de la dosi total de ionització, i el voltatge del llindar es desplaça cap a la direcció negativa, mostrant un augment de la tensió de llindar. Els transistors que s'han de guiar estan apagats, i els transistors que han de tallar han de ser inactius en la seva realització. Segons la fórmula (1), la tensió del voltatge del llindar del tub NMOS i el tub PMOS és aproximadament proporcional al quadrat del gruix de la capa d'òxid de la capa d'òxid de la porta.


Afortunadament, amb la reducció de la grandària crítica del procés, es redueix el gruix de la capa d'òxid del dispositiu i es redueix la deriva de la característica IV del dispositiu. Després d'entrar a 0,18 micres de m, el gruix de l'òxid de la porta és inferior a 12 NM, i la deriva de voltatge del llindar causada per la radiació es redueix significativament o fins i tot desapareix. La influència del mecanisme en el dispositiu es pot ignorar en el disseny del circuit.

2.png

2.12 Fugida de la regió de fugida causada per l'efecte de dosis total

El procés d'alineació automàtica del tub NMOS, la porta de polisilici es diposita sobre la capa d'òxid prima, formada per la regió activa no està coberta per la font / desguàs en polisilicon, el procés de fabricació del circuit d'alta concentració, però la presència de la la porta de polisilicon i la zona de transició de l'oxigen de l'òxid de la porta va produir el transistor paràsit de vora, el transistor paràsit molt sensible a l'efecte de dosi total. Sota la condició de radiació, la càrrega positiva acumulada a la vora del camp SiO2 provocarà la fuga del transistor paràsit de vora. Amb l'augment de la dosi de radiació, la corrent de fuga del transistor paràsit de vora també augmenta ràpidament. Quan el corrent de fuga augmenta a la corrent d'estat obert del transistor intrínsec, el transistor s'obrirà permanentment, cosa que provocarà una fallada del dispositiu. La figura 2 (a) és un diagrama esquemàtic de la superfície superior del mecanisme de fuga, i la figura 2 (b) és un diagrama esquemàtic de la secció del mecanisme de fuga.

3.png

4.png



La capa d'òxid de camp s'insereix originalment entre els tubs MOS adjacents. No obstant això, a causa de l'efecte de dosi total, el parell de forats d'electrons es ionitzarà en presència d'oxigen, i l'estat de la interfície acumulat pel forat en el costat SiO 2 del sistema Si / SiO 2 farà que el formulari d'oxigen de camp baixi i Formar una ruta de fuga electrònica. El motor de fuites es mostra a la figura 3. El camí d'escapament format per l'invers del camp d'oxigen es pot estendre a la zona d'origen / fuga del tub MOS adjacent, que augmentarà la freqüència de fuga estàtica de VDD a VSS.

5.png

2.2 Efecte de l'efecte relliscant de partícules individuals en els dispositius

L'efecte relliscant de partícules individuals es produeix en un circuit seqüencial que conté l'estructura d'emmagatzematge. Agafem el pestell com a exemple per explicar el mecanisme de l'efecte flip de partícula única. La figura 4 és una estructura de tancament simple. Quan el node de sortida està sotmès a un únic incident de partícula per formar un "efecte embut", es genera una gran quantitat de càrrega, tal com es mostra a la figura 5. Sota l'acció del camp elèctric, la càrrega generada per la ionització es desvia a el dispositiu, que en última instància, afecta l'estat del tancament.

6.png

Quan les dades emmagatzemades són "0", el tub NMOS està a terra. En aquest punt, l'extrem de fuga del tub PMOS es troba en l'estat de polarització inversa amb la unió PN formada pel pou N, i la direcció del camp elèctric integrat es dirigeix des del N fins a la sortida de PMOS. Quan el final de la fuga de PMOS és incident per una única partícula, molts parells de forats d'electrons estan ionitzats. Sota l'acció del camp elèctric, una gran quantitat d'orificis es desplacen cap a la punta de fuita del PMOS, i els electrons es desplacen cap a la trampa N. Quan el nombre de càrrecs positius es redueix al final de la sortida de PMOS d'una certa magnitud, canviarà l'estat de l'emmagatzematge original "0" i es tornarà a l'emmagatzematge "1". El principi es mostra a la figura 6 (a). De la mateixa manera, quan les dades emmagatzemades són "1", el tub PMOS es troba a la font d'alimentació. En aquest moment, l'extrem de fuga del tub NMOS es troba en l'estat de polarització inversa amb la unió PN formada pel substrat P, i la direcció del camp elèctric acumulat es dirigeix des del final de la fuita del tub NMOS fins a la P- substrat. Quan la punta de fuita de la NMOS és incident per una única partícula, molts parells de forats d'electrons estan ionitzats. Sota l'acció del camp elèctric, una gran quantitat d'electrons es desplacen a la punta de fuita del NMOS, mentre que la cavitació es desplaça cap al substrat P. Quan el nombre de càrregues de càrrega negatives a NMOS arriba a un determinat nivell, canviarà l'estat d'emmagatzematge original de "1" i el canviarà a "0", que es mostra a la Figura 6 (b).

7.png

A partir de l'anàlisi esmentat anteriorment, no és difícil trobar que l'efecte pertorbat de l'esdeveniment únic es degui a l'existència d'un encreuament PN invers en l'estructura del circuit CMOS, i la deriva de la càrrega elèctrica es realitza mitjançant el camp elèctric integrat, que afecta l'estat lògic original.