电荷耦合器件在质子辐照下的粒子输运仿真与效应分析

应用蒙特卡洛方法计算了质子在科学级电荷耦合器件(charge-coupled device, CCD) 结构中的能量沉积, 并结合该CCD的质子辐照试验及退火试验数据, 分析了器件的辐射损伤机理. 仿真计算体硅内沉积的位移损伤剂量和栅氧化层的电离损伤剂量, 辐照与退火试验过程中主要考察暗信号、电荷转移效率两个参数的变化规律. 研究结果显示, 暗信号和电荷转移效率的变化规律与位移、电离损伤剂量一致; 退火后暗信号大幅度降低, 辐照导致的表面暗信号增加占总暗信号增加的比例至少为80%; 退火后电荷转移效率恢复较小, 电荷转移效率降低的原因主要为体缺陷. 通过总结试验规律, 推导出了电荷转移效率退化程度的预估公式及其损伤因子k_damage.     

电荷耦合器件的γ辐照剂量率效应研究

对电荷耦合器件进行了不同剂量率的γ辐照实验,通过多种参数的测试探讨了剂量率与电荷耦合器件性能退化的关系,并对损伤的物理机理进行分析。辐照和退火结果表明:暗信号和暗信号非均匀性是γ辐照的敏感参数,电荷转移效率和饱和输出电压随剂量累积有缓慢下降的趋势;暗场像素灰度值整体抬升,像元之间的差异显著增加;电荷耦合器件的暗信号增量与剂量率呈负相关性,器件存在潜在的低剂量率损伤增强效应。分析认为,剂量率效应是由界面态和氧化物陷阱电荷竞争导致的。通过电子-空穴对复合模型、质子输运模型和界面态形成对机理进行了解释。     

基于4晶体管像素结构的互补金属氧化物半导体图像传感器总剂量辐射效应研究

对基于4晶体管像素结构互补金属氧化物半导体图像传感器的电离总剂量效应进行了研究,着重分析了器件的满阱容量和暗电流随总剂量退化的物理机理.实验的总剂量为200 krad(Si),测试点分别为30 krad(Si),100 krad(Si),150 krad(Si)和200 krad(Si),剂量率为50 rad(Si)/s.实验结果发现随着辐照总剂量的增加,器件的满阱容量下降并且暗电流显著增加.其中辐照使得传输门沟道掺杂分布发生改变是满阱容量下降的主要原因,而暗电流退化则主要来自于浅槽隔离界面缺陷产生电流和传输门-光电二极管交叠区产生电流.实验还表明样品器件的转换增益在辐照前后未发生明显变化,并且与3晶体管像素结构不同,4晶体管像素结构的互补金属氧化物半导体图像传感器没有显著的总剂量辐照偏置效应.     

双极线性稳压器电离辐射剂量率效应及其损伤分析

为了对双极线性稳压器在电离辐射环境下损伤变化特征及其剂量率效应进行研究,选择一组器件进行⁶⁰Co γ高低剂量率的辐照和退火试验. 结果表明线性稳压器的输出电压、最大负载电流、线性调整率、压降电压等多个关键参数都有不同程度的蜕变. 且各器件在高低剂量率下的辐照响应略有不同,表现出不同的剂量率效应. 文中通过多种形式的测试结果分析,系统地讨论了各参数变化的原因及其内部各模块对稳压器功能的影响. 结合电离损伤退火特性,探讨了各剂量率效应形成的原因. 这不但对工程应用考核提供了参考,而且为设 关键词： 双极线性稳压器 总剂量效应 剂量率效应 辐射损伤     

基于mcnp5程序研究60Co γ射线的剂量增强效应

用蒙特卡罗方法研究了金和硅交界时60Coγ射线入射产生的剂量梯度分布,并且通过mcnp5程序建立了一个三维的金硅界面结构模型,进而计算了剂量增强因子.计算结果表明:界面附近硅一侧具有明显的剂量梯度分布,界面剂量增强因子为1.76.     

质子与中子辐照对电荷耦合器件暗信号参数的影响及其效应分析

对科学级电荷耦合器件(charge-coupled device, CCD)进行了质子和中子辐照试验及退火试验, 应用蒙特卡洛方法计算了质子和中子在CCD中的能量沉积, 分析了器件的辐射损伤机理. 仿真计算了N⁺埋层内沉积的位移损伤剂量, 辐照与退火试验过程中主要考察暗信号的变化规律. 研究结果显示, 质子与中子辐照均会引发暗信号退化, 其退化的规律与位移损伤剂量变化一致; 退火后, 质子辐照所致CCD暗信号大幅度恢复, 其体暗信号增加量占总暗信号增加量的比例最多为22%; 中子辐照引发的暗信号增长主要为体暗信号. 质子和中子在N⁺埋层产生相同位移损伤剂量的情况下, 两者导致的体暗信号增长量相同, 质子与中子辐照产生的体缺陷对体暗信号增长的贡献是同质的.     

不同发射极面积npn晶体管高低剂量率辐射损伤特性

影响npn晶体管辐射损伤的因素有很多,如晶体管工艺、剂量率以及辐照偏置等.主要研究了三种发射极面积的国产npn晶体管在高低剂量率下的辐射损伤特性,分析了发射极尺寸对辐射损伤的影响.研究结果表明,国产npn晶体管具有低剂量率损伤增强效应,且发现当小电流注入下晶体管的辐射损伤会表现得愈加显著.比较三种发射极尺寸的晶体管辐照响应发现,发射极周长面积比P/A越大时晶体管归一化过剩基极电流ΔI_B/I_B0也越大.详细阐述了npn晶体管辐射损伤机制,从发射极尺寸和晶体管工作电压角度对npn晶体管的加固保证方法进行了探索. 关键词： 发射极面积 国产npn晶体管 剂量率 辐射损伤     

基于X射线的晶圆级器件辐照与辐射效应参数提取设备的设计与实现

基于标准工艺线的设计加固是大规模集成电路抗辐射加固的发展趋势,对微纳米单元器件进行辐射效应参数提取是实现设计加固的前提。为了摒除参数提取过程中封装引入的影响,实现在线参数测试,本文设计了一套晶圆级器件辐照与辐射效应参数提取试验装置,兼备晶圆级器件电离总剂量辐照、器件参数在线测试分析功能,并且具有通用性强、测量范围宽、结构一体化、操作自动化等特点。对设备在50 kV管压下产生的X射线能谱、剂量率、束斑的测量以及对晶圆级MOS器件进行I-V、C-V、低频噪声特性的测试分析结果表明,该设备符合ASTM F1467测试标准,且能满足晶圆级器件辐射效应参数提取要求,可为大规模集成电路抗辐射设计加固提供良好的试验条件。     

典型模拟电路低剂量率辐照损伤增强效应的研究与评估

采用变剂量率和变温两种辐照方法,对4款典型模拟电路的低剂量率辐照损伤特性及变化规律进行了研究与评估,分析了两种辐照方法下其辐照敏感参数的变化,比较了不同辐照方式下器件的退化程度,讨论了这两种实验室加速评估低剂量率辐照损伤方法的机理.结果显示,变剂量率辐照可以较快地预测实际低剂量率下的辐照损伤趋势,且在较低的总剂量下能够给出不太保守的估计,但其预测的总剂量受到器件退化速度的影响;变温辐照加速评估方法能够保守地估计其低剂量率下的辐照损伤,其评估范围不仅可达1000 Gy(Si),且可将评估时间缩短为12 h左右.研究结果表明,双极电路的低剂量率辐照损伤增强效应与感生的界面态密度和氢化的氧空位缺陷有关,辐照时剂量率和温度的改变会促进界面态的生长,抑制界面态的钝化作用,从而激发器件的辐照损伤潜能.     

Estimation of enhanced low dose rate sensitivity mechanisms using temperature switching irradiation on gate-controlled lateral PNP transistor

The mechanisms occurring when the switched temperature technique is applied, as an accelerated enhanced low dose rate sensitivity(ELDRS) test technique, are investigated in terms of a specially designed gate-controlled lateral PNP transistor(GLPNP) that used to extract the interface traps(Nit) and oxide trapped charges(Not). Electrical characteristics in GLPNP transistors induced by ~(60)Co gamma irradiation are measured in situ as a function of total dose, showing that generation of Nit in the oxide is the primary cause of base current variations for the GLPNP. Based on the analysis of the variations of Nit and Not, with switching the temperature, the properties of accelerated protons release and suppressed protons loss play critical roles in determining the increased Nit formation leading to the base current degradation with dose accumulation. Simultaneously the hydrogen cracking mechanisms responsible for additional protons release are related to the neutralization of Not extending enhanced Nit buildup. In this study the switched temperature irradiation has been employed to conservatively estimate the ELDRS of GLPNP, which provides us with a new insight into the test technique for ELDRS.