XJIPC OpenIR  > 材料物理与化学研究室
典型双极模拟集成电路电离辐射效应及机理研究
王义元
学位类型博士
导师任迪远 ; 陆妩
2011-05-30
学位授予单位中国科学院研究生院
学位授予地点北京
学位专业微电子学与固体电子学
关键词电离辐射 偏置条件 低剂量率损伤增强效应 模拟电路 数模/模数转换器
摘要随着空间技术的不断发展,愈来愈多的半导体器件和电路将工作在复杂、苛刻的空间辐射环境中。然而受电离辐射作用的影响,半导体器件的性能必将发生退化,给航天电子系统的可靠性带来重大隐患。但是各类器件的辐射损伤的敏感参数不同,而严重影响空间的应用和评估;而且双极模拟集成电路的低剂量率损伤增强效应的存在,严重威胁到空间低剂量率辐射环境中航天器电子系统的稳定性、可靠性和寿命。因此,对于空间低剂量率辐射环境中,双极模拟电路的辐射损伤增强效应受到了国内外的广泛关注。目前的研究结果表明,虽然多数模拟电路具有低剂量率损伤增强效应,但对何类器件在何种情况下具有低剂量率损伤增强效应未进行深入系统的研究;而且低剂量率损伤增强效应的物理机制也有待进一步完善。再者空间电子设备可能处于工作或关机的不同状态,需要研究偏置对电离损伤的影响;这对于研究电离损伤机理也很有帮助。因此,对典型模拟集成电路在不同偏置下的高低剂量率的电离辐射效应研究,及其损伤机理的分析具有重要意义。 本文首先研究了双极晶体管在不同偏置下的电离辐射效应,发现器件是否具有低剂量率损伤增强效应与辐照偏置条件有关。结合竞争模型,创造性的提出偏置不但影响氧化层内的电场,而且可以通过对半导体材料内的可动载流子浓度的控制,影响辐射缺陷的生成。并且通过设计的一组试验,证实了这一结论,并深入解释了偏置对剂量率效应影响的原因。 其次,对模拟电路中的基础电路--运算放大器及其结构相似的电压比较器进行了研究。在国内率先对高速新型工艺的运算放大器进行了探索,分析了新型结构运算放大器的辐照敏感参数,发现了工作电压对其电离损伤和剂量率效应影响的重要性;探讨了辐照偏置条件对电压比较器的电参数和功能变化模式的影响。同时,首次对以运算放大器为核心控制模块的各种结构线性稳压器进行了系统、全面的研究。分析了辐照剂量率和偏置条件对器件损伤规律和敏感参数的影响;提出零偏和典型工作偏置可以代表线性稳压器的所有的辐照偏置的损伤规律;通过高低剂量率的研究,指出不同偏置下可能导致器件具有不同的剂量率效应。而且对线性稳压器多个电参数的辐照变化的原因,进行了全面的分析。并对工程评估应中敏感参数的选择提出了指导。 最后,对模拟电路性能要求严格,常含有由运算放大器、比较器构成子电路的数模转换器和模数转换器进行了不同偏置的高低剂量率的电离辐射效应研究。分析了不同类型、工艺数模转换器的敏感参数和变化规律;探讨了模数、数模转换器的损伤变化模式和规律。首次明确提出双极模数、数模混合信号电路也具有低剂量率损伤增强效应。 综上所述,本文结合国际关注热点,从工程应用需求出发,以典型双极模拟电路为依托,对空间电子系统经常用到的运算放大器、比较器、线性稳压器和数模、模数转换器进行了多种条件的电离辐射效应研究。并采用科学的实验手段和合理的数据分析方法,探讨了各参数变化的原因;分析了不同偏置下的损伤机理。研究成果既分析了双极电路低剂量率损伤增强效应,也讨论了偏置条件和剂量率对电离损伤的影响。其不但对空间应用单位考核应用模拟电路提供了支持和帮助,而且可以为器件设计、生产单位提供理论指导。
其他摘要With the development of space technology, more and more semiconductor devices and integrated circuits will operate in harsh and complex radiation environments. Their functions would inevitably degrade for the ionizing radiation and it will cause a series of reliable problems to space system. The evaluation for space application is hard to perform for the damage model varied with devices. Moreover, The Enhanced Low Dose Rate Sensitivity (ELDRS) of bipolar analog integrated circuit is a great threaten to the stability and life. Consequently, the ELDRS issue of bipolar analog circuit operating at low dose rate environment in space has become the main concern of international spaceflit. Until now, it has been proved that many analog circuits exhibit ELDRS; but it is hard to decide when and which device will exhibit ELDRS; the physical mechanisms are not understood well yet. For different states of the space electronic system, such as working or power off, it needs to concern the bias, which is also helpful to understand the mechanism. Therefore, the study on the ionizing radiation effects and mechanisms of typical analog integrated circuits with different biases and dose rates is of very significance.
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.xjipc.cas.cn/handle/365002/4410
专题材料物理与化学研究室
作者单位中国科学院新疆理化技术研究所
推荐引用方式
GB/T 7714
王义元. 典型双极模拟集成电路电离辐射效应及机理研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2011.
条目包含的文件
文件名称/大小 文献类型 版本类型 开放类型 使用许可
典型双极模拟集成电路电离辐射效应及机理研(2132KB)学位论文 开放获取CC BY-NC-SA浏览 请求全文
个性服务
推荐该条目
保存到收藏夹
查看访问统计
导出为Endnote文件
谷歌学术
谷歌学术中相似的文章
[王义元]的文章
百度学术
百度学术中相似的文章
[王义元]的文章
必应学术
必应学术中相似的文章
[王义元]的文章
相关权益政策
暂无数据
收藏/分享
文件名: 典型双极模拟集成电路电离辐射效应及机理研究.pdf
格式: Adobe PDF
此文件暂不支持浏览
所有评论 (0)
暂无评论
 

除非特别说明,本系统中所有内容都受版权保护,并保留所有权利。