目 录
第1章 绪论 1
1．1 引言 1
1．2 辐射环境 4
1．3 单粒子效应 6
1．3．1 高能粒子的电离损伤机理 6
1．3．2 单粒子效应理论及建模 8
1．3．3 功率器件的单粒子效应 11
1．3．4 可靠性评估与加固技术 13
1．4 总剂量效应 15
1．4．1 体硅器件的总剂量效应 15
1．4．2 SOI器件的总剂量效应 16
1．5 本章小结 17
参考文献 17
第2章 基本物理模型和仿真工具 29
2．1 Sentaurus TCAD仿真软件介绍 29
2．1．1 软件框架 29
2．1．2 FD-SOI器件仿真的物理模型 32
2．2 Silvaco TCAD仿真软件介绍 34
2．3 基本物理模型 36
2．3．1 基本的半导体方程 36
2．3．2 载流子统计模型 38
2．3．3 载流子复合模型 39
2．3．4 迁移率模型 39
2．3．5 碰撞电离模型 40
2．3．6 单粒子效应模型 41
2．3．7 量子效应模型 41
2．4 物理模型参数设置实例 42
2．5 本章小结 43
参考文献 43
第3章 高能粒子入射材料的损伤机理 45
3．1 LET的简化计算 45
3．1．1 基本理论 46
3．1．2 基于双指数模型的LET 48
3．1．3 基于高斯-对数模型的LET 51
3．1．4 射程及布拉格峰值的计算 54
3．1．5 不同形式LET之间的转换 61
3．2 重离子在任意材料中的径向剂量 62
3．2．1 计量单位 63
3．2．2 径向剂量的分布模型 63
3．2．3 垂直入射电子的能量耗散 65
3．2．4 仿真及分析 66
3．3 材料吸收剂量的计算 68
3．3．1 描述辐射场的物理量 68
3．3．2 单向平行辐射场中物质吸收剂量的计算 69
3．3．3 一般辐射场中物质吸收剂量的计算 69
3．4 本章小结 72
参考文献 73
第4章 纳米CMOS器件的总剂量效应及加固技术 76
4．1 FD-SOI器件结构 76
4．2 FD-SOI器件氧化层的电荷俘获 78
4．2．1 氧化层电荷俘获模型 78
4．2．2 偏置条件对氧化层电荷俘获的影响 80
4．3 FD-SOI器件的总剂量效应 81
4．3．1 对阈值电压的影响 84
4．3．2 对关态漏电流和跨导的影响 85
4．3．3 界面陷阱对亚阈值摆幅的影响 89
4．4 FD-SOI器件总剂量效应的影响因素 89
4．4．1 埋氧层厚度的总剂量增强效应 90
4．4．2 外延层厚度的影响 92
4．5 FD-SOI器件总剂量效应加固技术 95
4．5．1 浮体FD-SOI器件的背栅偏置加固方法 95
4．5．2 体接触FD-SOI器件的总剂量效应 100
4．5．3 基于体接触偏置的加固方法 104
4．6 纳米线晶体管总剂量效应及加固技术 107
4．6．1 器件结构 108
4．6．2 环栅纳米线晶体管的屏蔽效应 108
4．6．3 界面陷阱 112
参考文献 114
第5章 SiC功率VDMOSFET的单粒子效应及加固技术 116
5．1 失效机理 116
5．1．1 SEB失效机理 116
5．1．2 SEGR失效机理 117
5．2 VDMOSFET结构与特性 118
5．2．1 器件工作原理与结构 118
5．2．2 基本特性 120
5．3 4H-SiC和6H-SiC VDMOSFET的单粒子效应 120
5．3．1 SEB的仿真与分析 121
5．3．2 SEGR的仿真与分析 126
5．4 晶圆各向异性对4H-SiC VDMOSFET的单粒子效应的影响 128
5．4．1 4H-SiC晶格结构与各向异性模型 128
5．4．2 晶圆各向异性对SEB的影响 130
5．4．3 晶圆各向异性对SEGR的影响 133
5．5 4H-SiC半超结VDMOSFET的单粒子效应 133
5．5．1 半超结VDMOSFET的结构与特性 134
5．5．2 半超结VDMOSFET的单粒子效应仿真与分析 137
5．5．3 电荷失配对半超结VDMOSFET性能的影响 141
5．6 4H-SiC半超结VDMOSFET的单粒子效应加固技术 146
5．6．1 高k栅介质HfO2对器件单粒子效应的影响 147
5．6．2 加固结构的提出 150
5．6．3 BAL参数变化对器件的单粒子效应的影响 152
5．7 本章小结 159
参考文献 160
第6章 纳米CMOS器件的单粒子效应及加固技术 163
6．1 纳米CMOS器件的单粒子效应 163
6．1．1 单粒子效应的电路模拟 163
6．1．2 电路模拟的影响因素分析 165
6．2 数据读出接口电路的单粒子效应及加固方法 171
6．2．1 数据读出接口电路的设计 171
6．2．2 SEE敏感结点分析 172
6．2．3 数据读出接口电路的SEE临界电荷 172
6．2．4 入射时间和技术节点对SEE的影响 173
6．2．5 局部晶体管尺寸调整加固 175
6．2．6 负载电容加固 176
6．2．7 理想的抗辐射加固设计思路 177
6．3 纳米FinFET的单粒子效应及加固技术 178
6．3．1 模型的建立 179
6．3．2 不同栅介质器件的单粒子效应 179
6．3．3 影响因素分析及加固技术 181
6．4 本章小结 187
参考文献 187
第7章 单粒子效应对纳米CMOS电路的影响 190
7．1 单粒子串扰建模分析 190
7．1．1 导纳的基本理论 191
7．1．2 SET的等效电路 193
7．1．3 两线间单粒子串扰解析模型 194
7．1．4 多线间串扰效应建模分析 204
7．2 单粒子瞬态的传播特性分析 214
7．2．1 逻辑遮掩效应 214
7．2．2 电气遮掩效应 215
7．2．3 窗口锁存遮掩效应 216
7．3 密勒效应和耦合效应对单粒子瞬态的影响 217
7．3．1 不同布线结构的耦合效应 217
7．3．2 密勒效应和耦合效应对SET影响的定性分析 222
7．3．3 判别SET的新标准 224
7．3．4 密勒效应和耦合效应对SET延时的影响 225
7．3．5 温度和技术节点对SET的影响 226
7．4 本章小结 228
参考文献 228
第8章 纳米CMOS电路在单粒子效应下的可靠性评估 231
8．1 逻辑电路在单粒子翻转下的可靠性评估 231
8．1．1 概率转移矩阵的基本理论 232
8．1．2 基于PTM的可靠性评估方法 233
8．1．3 可靠性估计及分析 234
8．1．4 串扰效应对可靠性的影响 237
8．2 数字电路在单粒子瞬态下的可靠性评估 239
8．2．1 SET电压的多状态系统 240
8．2．2 通用产生函数 241
8．2．3 可靠性评估算法 242
8．2．4 遮掩和串扰效应对可靠性的影响 242
8．2．5 可靠性评估及分析 244
8．3 基于蒙特卡罗的电路可靠性评估 246
8．3．1 MC评估模型的建立 246
8．3．2 模型的验证及分析 248
8．3．3 SET脉冲宽度的影响分析 249
8．3．4 遮掩效应和多SET的影响分析 249
8．4 本章小结 251
参考文献 252
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