辐照对集成电路抗ESD(静电放电)能力的影响

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（Vt1、Vh、Ih、Vt2、It2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。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1应用于空间的器件可靠性问题

1.2本课题研究意义，研究内容

1.3本章小结

第二章 NMOS元件在ESD应力下的特性分析

2.1 NMOS元件用于ESD保护的工作原理

2.2 NMOS器件ESD应力下工作模型

2.2.1寄生晶体管开启前模型

2.2.2寄生晶体管开启后模型

2.3 ESD应力测试——TLP测试技术

2.3.1 TLP测试系统介绍

2.3.2 TLP测试方法介绍

2.4本章小结

第三章 总剂量效应及空间充放电问题

3.1总剂量效应

3.1.1辐射环境

3.1.2电离辐射和总剂量效应

3.2空间充放电问题

3.2.1航天器的充电有关的因素

3.2.2航天器充电

3.3本章 小结

第四章 ESD和辐照综合应力对器件的可靠性影响研究

4.1 NMOS管辐照实验

4.2 栅压对NMOS器件TLP测试特性的影响

4.2.1样品和实验说明

4.2.2测试数据及其分析

4.2.3 GGNMOS的TLP测试参数随沟道宽度、沟道长度变化特性

4.2.4 栅压对NMOS器件TLP测试参数的影响统计

4.3本章小结

第五章 实验现象的机理分析以及结果预计

5.1实验结果分析

5.1.1 开启电压随栅压的变化分析

5.1.2 It2随栅压的变化分析

5.1.3 栅压对It2的影响和沟道宽度和长度的依赖关系

5.2辐照下NMOS抗ESD特性变化预计

5.3本章小结

总结

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢