הבית > חֲדָשׁוֹת > תוכן

מחקר על תכנון של פריסה מוקשח קרינה למעגל משולב בטכנולוגיה Si

Jan 16, 2018

1. סקירה כללית

עם העמקה מתמשכת של חקר האדם של היקום, יותר ויותר מכשירים אלקטרוניים כבר בשימוש בתחום התעופה והחלל. קיומם של כמויות גדולות של פרוטונים בעלי אנרגיה גבוהה, נויטרונים, חלקיקי אלפא ויונים כבדים בסביבת החלל ישפיעו על התקני המוליכים למחצה במכשירים האלקטרוניים, ולאחר מכן יאיימו ברצינות על האמינות והחיים של החללית. לכן, על מנת לענות על הצרכים של הרחבת חלל ולשפר את האמינות והיציבות של התקני מוליכים למחצה בסביבת הקרינה, המחקר על ההשפעות הקרינה של התקני מוליכים למחצה ואת חיזוק ההשפעות הקרינה הפכו את המוקד המחקר בתחום החלל יישומים.


כיום, כמו הטכנולוגיה המיינסטרים של התקני מוליכים למחצה, תהליך CMOS סיליקון בתפזורת נכנס subicron עמוק ואפילו פחות מ 100nm. היישום של מעגל משולב מוליך למחצה עשוי תהליך זה יושפעו ההשפעה של אפקט המינון הכולל ואת ההשפעה של אפקט חלקיק יחיד על הקרינה. ההשפעה של השפעות הקרינה על מעגלים משולבים מוליכים למחצה מאופיינת סחיפה מתח סף, זרם הנוכחי ודינמי הנוכחי, שגיאות תפקוד לוגי. לכן, התקנים רגילים ושיטות עיצוב מעגלים אינם יכולים עוד לענות על הצרכים של יישומים שטח ויישומים צבאיים, ויש צורך בטכנולוגיית קרינה מיוחדת.


2. ניתוח השפעת הקרינה

2.1 השפעת ההשפעה הכוללת של המינון על מכשירים

2.11 השפעת ההשפעה הכוללת של המינון על שכבת תחמוצת שער המכשיר

אם שער הסיליקון או שער שער מתכת, יש 50 ~ 200nm SiO 2 שכבת בין השער ואת המצע. תחת תנאי קרינה, הצטברות חיובי חיובי יקרה על ממשק SiO 2 / Si. כזה חיובי הצטברות החיוב יוביל את הסחף של המתח סף של המכשיר, אשר בסופו של דבר להשפיע על הביצועים של המכשיר. וריאציה של מתח סף המקביל למספר של cavitation שנתפסו על ידי הקרינה יכול לבוא לידי ביטוי כמו:

1.png

פורמולה: BH הוא חלק תשלום חיובי קבוע של צפיפות הגוף cavitation שנתפסו לאחר תחמוצת נתפס. הפרמטר h 1 הוא המרחק מממשק Si / SiO 2 אל תחמוצת, ואת החור שנתפסו במרחק זה ניתן בשילוב אלקטרונית עם המצע חודר לתוך השער. רק כאשר עובי תחמוצת הוא פחות מ 2 xh 1 (6 ננומטר), לא ללכוד חור משמעותי ניתן לראות.


איור 1 מציג את ההידרדרות ההדרגתית של עקומת ה- IV האופיינית של צינורות ה- NMOS וה- PMOS האופייניים עם הגידול של מינון הקרינה הכולל. ציר ה- X בתרשים הוא VG של מתח השער, וציר ה- Y הוא מזהה התעלה הנוכחי. 0 הוא עקומת IV של המכשיר לפני unirradiated; 1, 2, 3 ו - 4 מציינים את עקומת ה IV של המכשיר במינונים שונים. ככל שהזמן גדל, מינון יינון הכולל עולה, ואת הסחיפה של מתח הסף עולה. עבור הצינור NMOS, כאשר המתח החיובי של השער גדול ממתח הסף, הטרנזיסטור מתחיל לעבור. עבור טרנזיסטורים PMOS, הטרנזיסטורים מחוברים כאשר המתח השלילי של השער הוא פחות מתח סף. על פי איור 1 (א), מתח הסף נסחף בכיוון השלילי עם הגידול של מינון היינון הכולל של צינור ה- NMOS, מה שמראה ירידה במתח הסף. טרנזיסטורים שצריך לחתוך צריך להיות מופעל, ואת הטרנזיסטורים כי צריך להיות על הצורך להפסיק בסוף הזמן. באופן דומה, על פי איור 1 (ב), צינור ה- PMOS עולה עם הגידול של מינון יינון הכולל, ואת מתח הסף עובר לכיוון שלילי, מראה עלייה במתח הסף. טרנזיסטורים כי צריך להיות מודרך הם כבויים, ואת טרנזיסטורים כי יש לחתוך צריך להיות inable בעת ביצוע. על פי הנוסחה (1), סף מתח סף של צינור NMOS ואת צינור PMOS הוא יחסית פרופורציונלי לריבוע של עובי שכבת תחמוצת של שכבת תחמוצת השער.


למרבה המזל, עם צמצום גודל קריטי של התהליך, עובי שכבת תחמוצת של המכשיר פוחת, ואת הסחף של המאפיין הרביעי של המכשיר מצטמצם. לאחר הזנת 0.18 מיקרון m, עובי תחמוצת השער הוא נמוך מ 12NM, ואת הסחיפה מתח סף הנגרמת על ידי קרינה מופחת באופן משמעותי או אפילו נעלם. ההשפעה של המנגנון על המכשיר ניתן להתעלם בעיצוב מעגל.

2.png

2.12 נזילה באזור דליפה הנגרמת על ידי השפעת מינון כוללת

תהליך יישור עצמי של צינור NMOS, השער polysilicon מופקד על שכבת תחמוצת דקה, נוצר על ידי האזור הפעיל אינו מכוסה על ידי מקור / ניקוז לתוך polysilicon, תהליך הייצור של המעגל של ריכוז גבוה, אבל נוכחות של שער polysilicon ואת תחמוצת שער חמצן המעבר האזור המיוצר טרנזיסטור טפיל קצה, טרנזיסטור טפיליסט רגיש מאוד ההשפעה המינון הכולל. תחת תנאי קרינה, החיוב חיובי שנצבר על קצה השדה SiO2 יגרום דליפה של טרנזיסטור הטפיל הקצה. עם הגידול של מינון הקרינה, זרם הזליגה של הטרנזיסטור הטפיל הקצה עולה גם הוא במהירות. כאשר זרם הזליגה עולה לזרם המדינה הפתוח של הטרנזיסטור הפנימי, הטרנזיסטור יפתח לצמיתות ויביא לכשל במכשיר. איור 2 (א) הוא תרשים סכמטי של המשטח העליון של מנגנון הזליגה, ואיור 2 (ב) הוא תרשים סכמטי של סעיף מנגנון דליפה.

3.png

4.png



שכבת תחמוצת השדה מבודדת במקור בין צינורות MOS סמוכים. עם זאת, בשל ההשפעה הכוללת של המינון, זוג חור האלקטרון יהיה מיונן בנוכחות חמצן, ומצב ממשק שנצברו על ידי החור בצד SiO 2 של Si / SiO 2 המערכת תהפוך את שדה החמצן טופס כלפי מטה ו טופס נתיב דליפה אלקטרונית. מנוע הדליפה מוצג באיור 3. נתיב דליפה שנוצר על ידי היפוך של חמצן השדה יכול להאריך את המקור הסמוך MOS צינור / אזור דליפה, אשר יגדיל את זרם הזליגה הסטטית של VDD ל VSS.

5.png

2.2 השפעת אפקט החלקיקים בודדים על מכשירים

אפקט החלקיקים היפוך אחד מופיע במעגל רציף המכיל את מבנה האחסון. אנו לוקחים את הבריח כדוגמה כדי להסביר את המנגנון של אפקט יחיד להעיף חלקיקים. איור 4 הוא מבנה אצווה פשוט. כאשר צומת הפלט נתון לתקרית חלקיק בודד כדי ליצור "אפקט משפך", נוצר כמות גדולה של מטען, כפי שמוצג באיור 5. תחת הפעולה של השדה החשמלי, המטען הנוצר על ידי היוניזציה נסחף פנימה המכשיר, אשר בסופו של דבר משפיע על מצב הבריח.

6.png

כאשר הנתונים המאוחסנים הם "0", צינור NMOS נמצא על הקרקע. בשלב זה, סוף דליפה של צינור PMOS הוא במצב ההטיה ההפוך עם צומת PN נוצר על ידי N טוב, ואת הכיוון של השדה החשמלי בנוי מן הבאר N אל סוף דליפת PMOS. כאשר סוף דליפה של PMOS הוא האירוע על ידי חלקיק אחד, זוגות רבים של אלקטרון חור הם מיונן. תחת הפעולה של השדה החשמלי, מספר גדול של חורים להיסחף עד סוף דליפה של PMOS, ואת האלקטרונים נסחפים למלכודת N. כאשר מספר חיובי חיובי נסחף בסוף PMOS דליפה של גודל מסוים, זה ישנה את מצב האחסון המקורי "0" ופונים לאחסון "1". העיקרון מוצג באיור 6 (א). באופן דומה, כאשר הנתונים המאוחסנים הוא "1", הצינור PMOS הוא על אספקת החשמל. בשלב זה, קצה הדליפה של צינור ה- NMOS נמצא במצב ההטיה ההפוך עם צומת ה- PN שהוקמה על ידי המצע P, והכיוון של השדה החשמלי הבנוי מופנה מקצה הדליפה של צינור ה- NMOS אל P- המצע. כאשר סוף דליפת של NMOS הוא האירוע על ידי חלקיק אחד, זוגות רבים של אלקטרון חור הם מיונן. תחת הפעולה של השדה החשמלי, מספר רב של אלקטרונים נסחפים לקצה הדולף של ה- NMOS, בעוד שהנהר נסחף אל המצע P. כאשר מספר המטען השלילי של המטען ל- NMOS מגיע לרמה מסוימת, הוא ישנה את מצב האחסון המקורי של "1" ומשנה אותו ל- "0", שמוצג באיור 6 (b).

7.png

מן הניתוח לעיל, לא קשה למצוא כי האירוע היחיד האירוע כועס נובע קיומו של צומת PN הפוכה במבנה CMOS המעגל, ואת הסחף של המטען החשמלי מתממשת על ידי השדה החשמלי המובנה, אשר משפיע על מצב ההיגיון המקורי.