辐射在半导体器件中电离产生电子-空穴对，长时间辐射剂量累积引起半导体器件电离辐射总剂量效应。电离辐射总剂量效应是辐射效应中最常见的一种，会导致器件性能退化、阈值电压漂移、迁移率下降、动态和静态电流增加，甚至功能失效，因此在辐射环境中工作的半导体器件和电子系统必须考虑电离辐射总剂量效应问题。本书主要介绍空间辐射环境与效应、体硅CMOS器件电离辐射总剂量效应、双极器件电离辐射总剂量效应、SOI器件电离辐射总剂量效应、电离辐射总剂量效应模拟试验方法、MOS器件电离辐射总剂量效应预估、纳米器件电离辐射总剂量效应与可靠性、系统级电离辐射总剂量效应等内容。
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丛书序
前言
第1章 空间辐射环境与效应 1
1.1 空间辐射环境 1
1.2 空间辐射效应 4
1.3 电离辐射总剂量效应研究关注的内容 7
1.4 本书内容 8
参考文献 9
第2章 体硅CMOS器件电离辐射总剂量效应 11
2.1 微米级体硅CMOS器件电离辐射总剂量效应规律及机理 11
2.1.1 γ射线、电子和质子电离辐射总剂量效应比较 11
2.1.2 辐照温度、辐照剂量率对电离辐射总剂量效应的影响 13
2.1.3 总剂量辐照损伤后的退火效应 15
2.2 超深亚微米级体硅CMOS器件电离辐射总剂量效应 21
2.2.1 0.18μmNMOS器件电离辐射总剂量效应 21
2.2.2 关态漏电流与辐照偏置的关系 22
2.2.3 关态漏电流与退火温度的关系 23
2.2.4 关态漏电流与辐照剂量率的关系 24
2.2.5 MIL-STD-883H 1019.8试验方法应用 26
2.2.6 电离辐射总剂量效应TCAD数值仿真 27
2.3 新型体硅CMOS器件隔离氧化层电离辐射总剂量效应数值模拟 29
2.3.1 耦合电离辐射总剂量效应的表面势模型 30
2.3.2 寄生管参数提取 31
参考文献 33
第3章 双极器件电离辐射总剂量效应 35
3.1 电离辐射总剂量效应表征及机理 35
3.1.1 电离辐射总剂量效应表征 35
3.1.2 电离辐射总剂量效应机理 38
3.2 电离辐射感生产物分离方法 46
3.2.1 基于晶体管过量基极电流曲线的分离方法 46
3.2.2 亚阈分离方法 47
3.2.3 基于栅控晶体管的栅扫描方法 48
3.2.4 复合电流与沟道电流相结合的栅扫描方法 51
3.3 低剂量率辐射损伤增强效应 56
3.3.1 典型双极器件的低剂量率辐射损伤增强效应 56
3.3.2 栅控晶体管的低剂量率辐射损伤增强效应 58
3.4 低剂量率辐射损伤增强效应数值仿真 64
3.4.1 ELDRS效应数值仿真模型 64
3.4.2 基于有限元的数值仿真 71
参考文献 92
第4章 SOI器件电离辐射总剂量效应 94
4.1 电离辐射总剂量效应规律和物理机理 94
4.1.1 总剂量辐照及室温退火效应 94
4.1.2 电离辐射总剂量效应对剂量率的依赖关系 95
4.1.3 辐照偏置条件对电离辐射总剂量效应影响的物理机理 96
4.1.4 器件沟道长度和宽度对电离辐射总剂量效应的影响 99
4.1.5 SOI器件抗辐射性能改善 104
4.2 电离辐射总剂量效应模型 106
4.2.1 辐照产生空穴在氧化层中传输 106
4.2.2 辐照产生氧化层陷阱电荷 107
4.2.3 辐照产生界面态 109
4.3 总剂量辐照后隧穿模型和热激发模型 111
4.3.1 总剂量辐照后隧穿模型 111
4.3.2 总剂量辐照后热激发模型 112
参考文献 114
第5章 电离辐射总剂量效应模拟试验方法 116
5.1 总剂量试验最劣条件甄别技术 116
5.1.1 总剂量失效分析 116
5.1.2 总剂量诱导逻辑失效的激发条件及节点敏感性 118
5.1.3 总剂量最劣条件产生方法 119
5.1.4 CMOS电路电离辐射总剂量效应建模 121
5.1.5 CMOS电路总剂量最劣试验条件HSPICE仿真验证 122
5.2 体硅CMOS器件电离辐射总剂量效应模拟试验方法 124
5.2.1 高剂量率辐照高温退火循环法 126
5.2.2 高剂量率辐照室温退火法 128
5.2.3 高剂量率辐照变温退火法 130
5.3 双极器件电离辐射总剂量效应模拟试验方法 132
5.3.1 高温辐照加速试验方法 132
5.3.2 变剂量率辐照加速试验方法 144
参考文献 150
第6章 MOS器件电离辐射总剂量效应预估 152
6.1 阈值电压漂移预估 152
6.1.1 线性响应理论模型 152
6.1.2 新建理论模型 153
6.2 关态漏电流预估 159
6.2.1 模型参数确定 161
6.2.2 不同剂量率辐照下感生关态漏电流的预估 162
6.3 MOS器件辐照过程和辐照后退火效应预估 163
6.3.1 隧穿退火机理 164
6.3.2 界面态电荷的建立过程 167
6.3.3 隧穿退火机理和界面态电荷建立的复合过程 168
参考文献 170
第7章 纳米器件电离辐射总剂量效应与可靠性 172
7.1 纳米器件电离辐射总剂量效应 172
7.1.1 电离辐射总剂量效应规律 172
7.1.2 电离辐射总剂量效应机理 176
7.2 辐照和电应力对纳米器件的影响 183
7.2.1 重离子辐照对纳米器件转移特性的影响 183
7.2.2 电应力和辐照对纳米器件转移特性的影响 185
7.2.3 电应力和辐照对纳米器件栅极电流的影响 187
7.3 纳米器件沟道热载流子效应和电离辐射总剂量效应关联分析 188
7.3.1 电离辐射总剂量效应和沟道热载流子效应的综合作用 188
7.3.2 电离辐射总剂量效应和沟道热载流子效应耦合机理 190
参考文献 195
第8章 系统级电离辐射总剂量效应 197
8.1 模数转换器电离辐射总剂量效应及行为建模 197
8.1.1 模数转换器电离辐射总剂量效应 199
8.1.2 模数转换器电离辐射总剂量效应行为建模 200
8.2 电子系统辐射试验与仿真 203
8.2.1 电子系统辐射敏感参数确定 207
8.2.2 电子系统辐射效应行为建模及仿真 209
8.3 电子系统电离辐射总剂量效应试验方法 213
8.3.1 电子系统试验的必要性 213
8.3.2 电子系统试验样品准备 215
8.3.3 系统总剂量试验环境 219
8.3.4 系统电离辐射总剂量效应试验流程 221
参考文献 225
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