采用双栅MOS结构的抗总剂量关键技术研究

摘要

随着航空航天技术与核技术的不断发展，越来越多精密的电子设备需要在辐照环境中使用，这些设备中包含的集成电路模块在受到辐照影响后，电路的性能会发生退化甚至功能丧失。为了保证电子设备能够在各种辐照环境中正常工作，对抗辐照的研究变得越来越重要。本文以提高厚栅NMOS晶体管的抗总剂量辐照效应的性能作为出发点进行研究。具体研究了双栅MOS结构对厚栅NMOS晶体管抗总剂量辐照效应的性能提升。接着为双栅MOS结构提出了三种可行的分压结构。然后对三种分压结构的性能进行了研究。最后对文中涉及的几种电路进行了版图设计并制定了详尽的辐照实验和测试方案。
　　本研究探讨了总剂量辐照效应的基本原理，并对总剂量辐照效应对MOS晶体管的电学性能影响做了较为详尽地阐述。对总剂量辐照效应模型的建立进行了研究分析，并利用Sentaurus TCAD软件构建了厚栅NMOS晶体管、薄栅NMOS晶体管和双栅NMOS晶体管的3D模型并进行了总剂量辐照效应的仿真。研究发现双栅MOS结构可以提升厚栅NMOS晶体管抗总剂量辐照效应的能力。针对双栅MOS结构提出了三种分压结构，分别为电阻分压结构、二极管分压结构和PMOS分压结构。然后通过Cadence软件对三种分压结构及其构成的反相器性能进行了研究。最后还通过对仿真模型的修改来模拟MOS器件受到总剂量辐照效应影响之后的变化，并用修改之后的模型对电路的性能进行了仿真。研究发现，当电路受到总剂量辐照效应影响时，采用二极管分压结构的双栅MOS反相器对其开关阈值漂移控制最好，采用PMOS分压结构的双栅MOS反相器的传播延时增长量最少。对普通CMOS缓冲器和三种分别采用了不同分压结构的双栅 MOS缓冲器进行了版图设计，在对版图进行了DRC和LVS检查之后交由代工厂流。并为后续的总剂量辐照实验及电路性能测试制定了详尽的方案。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究工作的背景与意义

1.2 总剂量辐照效应的研究历史及现状

1.3 本文的主要贡献与创新

1.4 本论文的结构安排

第二章 总剂量辐照效应原理

2.1 辐射环境

2.2 总剂量辐照效应

2.3 总剂量辐照效应对MOS器件的影响

2.4 本章小结

第三章 双栅MOS结构器件仿真

3.1 抗总剂量辐照加固技术

3.2 器件总剂量辐照效应仿真

3.3 普通NMOS晶体管器件仿真

3.4 环栅NMOS晶体管器件仿真

3.5 本章小结

第四章 双栅MOS分压结构电路仿真

4.1 双栅MOS结构晶体管尺寸的确定

4.2 双栅MOS分压结构性能仿真

4.3 双栅MOS分压结构抗总剂量辐照性能仿真

4.4 本章小结

第五章 双栅MOS结构版图设计及测试方案制定

5.1 版图设计

5.2 芯片测试方案

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间的研究成果