CMOS反相器的快上升沿强电磁脉冲损伤特性

随着电磁环境的日益复杂，保证集成电路（IC）的可靠性成为一个巨大的挑战。在此基础上，通过对CMOS反相器的仿真和实验研究，研究了快上升沿电磁脉冲（EMP）引起的陷阱辅助隧穿（TAT）效应。对此进行了详细的机理分析用于解释其物理损伤过程。EMP感应电场在氧化层中产生陷阱和泄漏电流，从而导致器件的输出退化和热失效。建立了退化和失效的理论模型，以描述输出退化及热积累对EMP特征的依赖性。温度分布函数由半导体中的热传导方程导出。基于TLP测试系统进行的相应实验证实了出现的性能退化，与机理分析一致。Sentaurus TCAD的仿真结果表明，EMP引起的损坏是由栅极氧化层中发生的TAT电流路径引起的，这也是器件的易烧坏位置。此外，还讨论了器件失效与脉冲上升沿的关系。本文的机理分析有助于加强其他半导体器件的EMP可靠性研究，可以对CMOS数字集成电路的EMP加固提出建议。