集成器件的高功率微波效应研究与相应防护

摘要

本文主要以高功率微波(HPM)作用下的器件失效为研究对象，基于HPM效应实验中发现的器件失效现象，结合仿真进行失效机理分析并探讨防护方法。针对HPM效应实验中发现的CMOS闩锁效应，通过初步仿真，推测了HPM诱发下CMOS反相器发生闩锁的机理。在考虑HPM的电压特性（正弦电压信号，存在负值）后，分析了MOS晶体管中寄生电容的分布特性。并在原先的CMOS反相器寄生电路模型基础上，加入了栅到衬底的沟道电容，形成新的闩锁触发机理。进一步的仿真说明，输入的变化通过沟道电容在衬底内引入了一个充放电电流，电流足够大时可以触发闩锁。对于HPM效应实验中发生的晶体管特性退化与畸变，则通过仿真模拟了HPM作用下晶体管的工作过程。仿真发现，晶体管能达到的晶格最高温度取决于外加的功率。结合高温诱发的晶体缺陷模型，通过仿真模拟了缺陷导致的晶体管特性曲线畸变与退化。仿真结果与实验结果有相同的趋势。针对HPM作用引起的器件失效，分析了如何在器件结构与电路层级进行防护，在传统的防护方式以外，仿真分析了特定方法对HPM诱发的失效的抑制作用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 研究意义

1．3 研究内容

第二章 HPM损伤机理

2．1 HPM概述

2．1．1 HPM的基本概念

2．1．2 高功率微波武器

2．1．3 高功率微波武器的关键技术

2．2 HPM辐照损伤机理

2．2．1 HPM效应

2．2．2 已知的半导体器件的损伤机理

2．3 半导体器件在HPM辐照下的机理分析

第三章 HPM诱发的闩锁效应

3．1 CMOS闩锁效应

3．1．1 CMOS闩锁触发机理

3．1．2 已知的CMOS闩锁触发方式

3．2 HPM作用下CMOS反相器闩锁触发机理

3．2．1 仿真CMOS反相器

3．2．2 MOS中的寄生电容

3．2．3 HPM作用下闩锁触发机理

3．3 仿真分析与验证

3．3．1 仿真分析

3．3．2 频率影响

3．3．3 实验验证

3．4 防护措施

3．4．1 传统的闩锁防护方法

3．4．2 针对性防护方法

3．5 小结

第四章 HPM诱发的晶体管退化与畸变研究

4．1 实验现象

4．2 仿真模型

4．2．1 器件结构与仿真条件

4．1．2 物理模型

4．3 仿真结果与分析

4．3．1 仿真结果

4．3．2 功率效应

4．4 晶体管特性畸变的机理分析

4．5 防护措施

4．6 小结

第五章 结束语

致谢

参考文献

攻读硕士期间的研究成果