纳米CMOS器件及电路的辐射效应

　　本书主要介绍广泛存在的各种辐射对纳米CMOS器件及其电路的影响，涵盖了各种辐射环境分析、电离损伤机理研究、纳米器件的总剂量效应和单粒子效应的建模仿真、辐射效应对纳米电路的影响及辐照实验设计等，综合考虑器件特征尺寸缩减对辐射效应的影响，从器件、电路角度建模分析，给出了纳电子器件及其电路的辐射效应的分析方法和思路。本书对高k”栅介质对纳米CMOS器件的辐射效应的影响、新兴的纳米FinFET及纳米线的辐射效应、器件级加固技术进行了分析和讨论，还给出了单粒子串扰的建模方法以及数字电路在单粒子效应下的软错误率评估方法。

　　刘保军，男，山西灵丘人，博士，副教授，主要研究方向为微纳米电子器件与电路的辐射效应、可靠性评估等，任国内外多家期刊的编委和审稿专家。近年来，承担国家自然科学基金项目及其他重点项目20余项，发表论文60余篇。

目 录
第1章 绪论\t1
1．1 引言\t1
1．2 辐射环境\t4
1．3 单粒子效应\t6
1．3．1 高能粒子的电离损伤机理\t6
1．3．2 单粒子效应理论及建模\t8
1．3．3 功率器件的单粒子效应\t11
1．3．4 可靠性评估与加固技术\t13
1．4 总剂量效应\t15
1．4．1 体硅器件的总剂量效应\t15
1．4．2 SOI器件的总剂量效应\t16
1．5 本章小结\t17
参考文献\t17
第2章 基本物理模型和仿真工具\t29
2．1 Sentaurus TCAD仿真软件介绍\t29
2．1．1 软件框架\t29
2．1．2 FD-SOI器件仿真的物理模型\t32
2．2 Silvaco TCAD仿真软件介绍\t34
2．3 基本物理模型\t36
2．3．1 基本的半导体方程\t36
2．3．2 载流子统计模型\t38
2．3．3 载流子复合模型\t39
2．3．4 迁移率模型\t39
2．3．5 碰撞电离模型\t40
2．3．6 单粒子效应模型\t41
2．3．7 量子效应模型\t41
2．4 物理模型参数设置实例\t42
2．5 本章小结\t43
参考文献\t43
第3章 高能粒子入射材料的损伤机理\t45
3．1 LET的简化计算\t45
3．1．1 基本理论\t46
3．1．2 基于双指数模型的LET\t48
3．1．3 基于高斯-对数模型的LET\t51
3．1．4 射程及布拉格峰值的计算\t54
3．1．5 不同形式LET之间的转换\t61
3．2 重离子在任意材料中的径向剂量\t62
3．2．1 计量单位\t63
3．2．2 径向剂量的分布模型\t63
3．2．3 垂直入射电子的能量耗散\t65
3．2．4 仿真及分析\t66
3．3 材料吸收剂量的计算\t68
3．3．1 描述辐射场的物理量\t68
3．3．2 单向平行辐射场中物质吸收剂量的计算\t69
3．3．3 一般辐射场中物质吸收剂量的计算\t69
3．4 本章小结\t72
参考文献\t73
第4章 纳米CMOS器件的总剂量效应及加固技术\t76
4．1 FD-SOI器件结构\t76
4．2 FD-SOI器件氧化层的电荷俘获\t78
4．2．1 氧化层电荷俘获模型\t78
4．2．2 偏置条件对氧化层电荷俘获的影响\t80
4．3 FD-SOI器件的总剂量效应\t81
4．3．1 对阈值电压的影响\t84
4．3．2 对关态漏电流和跨导的影响\t85
4．3．3 界面陷阱对亚阈值摆幅的影响\t89
4．4 FD-SOI器件总剂量效应的影响因素\t89
4．4．1 埋氧层厚度的总剂量增强效应\t90
4．4．2 外延层厚度的影响\t92
4．5 FD-SOI器件总剂量效应加固技术\t95
4．5．1 浮体FD-SOI器件的背栅偏置加固方法\t95
4．5．2 体接触FD-SOI器件的总剂量效应\t100
4．5．3 基于体接触偏置的加固方法\t104
4．6 纳米线晶体管总剂量效应及加固技术\t107
4．6．1 器件结构\t108
4．6．2 环栅纳米线晶体管的屏蔽效应\t108
4．6．3 界面陷阱\t112
参考文献\t114
第5章 SiC功率VDMOSFET的单粒子效应及加固技术\t116
5．1 失效机理\t116
5．1．1 SEB失效机理\t116
5．1．2 SEGR失效机理\t117
5．2 VDMOSFET结构与特性\t118
5．2．1 器件工作原理与结构\t118
5．2．2 基本特性\t120
5．3 4H-SiC和6H-SiC VDMOSFET的单粒子效应\t120
5．3．1 SEB的仿真与分析\t121
5．3．2 SEGR的仿真与分析\t126
5．4 晶圆各向异性对4H-SiC VDMOSFET的单粒子效应的影响\t128
5．4．1 4H-SiC晶格结构与各向异性模型\t128
5．4．2 晶圆各向异性对SEB的影响\t130
5．4．3 晶圆各向异性对SEGR的影响\t133
5．5 4H-SiC半超结VDMOSFET的单粒子效应\t133
5．5．1 半超结VDMOSFET的结构与特性\t134
5．5．2 半超结VDMOSFET的单粒子效应仿真与分析\t137
5．5．3 电荷失配对半超结VDMOSFET性能的影响\t141
5．6 4H-SiC半超结VDMOSFET的单粒子效应加固技术\t146
5．6．1 高k栅介质HfO2对器件单粒子效应的影响\t147
5．6．2 加固结构的提出\t150
5．6．3 BAL参数变化对器件的单粒子效应的影响\t152
5．7 本章小结\t159
参考文献\t160
第6章 纳米CMOS器件的单粒子效应及加固技术\t163
6．1 纳米CMOS器件的单粒子效应\t163
6．1．1 单粒子效应的电路模拟\t163
6．1．2 电路模拟的影响因素分析\t165
6．2 数据读出接口电路的单粒子效应及加固方法\t171
6．2．1 数据读出接口电路的设计\t171
6．2．2 SEE敏感结点分析\t172
6．2．3 数据读出接口电路的SEE临界电荷\t172
6．2．4 入射时间和技术节点对SEE的影响\t173
6．2．5 局部晶体管尺寸调整加固\t175
6．2．6 负载电容加固\t176
6．2．7 理想的抗辐射加固设计思路\t177
6．3 纳米FinFET的单粒子效应及加固技术\t178
6．3．1 模型的建立\t179
6．3．2 不同栅介质器件的单粒子效应\t179
6．3．3 影响因素分析及加固技术\t181
6．4 本章小结\t187
参考文献\t187
第7章 单粒子效应对纳米CMOS电路的影响\t190
7．1 单粒子串扰建模分析\t190
7．1．1 导纳的基本理论\t191
7．1．2 SET的等效电路\t193
7．1．3 两线间单粒子串扰解析模型\t194
7．1．4 多线间串扰效应建模分析\t204
7．2 单粒子瞬态的传播特性分析\t214
7．2．1 逻辑遮掩效应\t214
7．2．2 电气遮掩效应\t215
7．2．3 窗口锁存遮掩效应\t216
7．3 密勒效应和耦合效应对单粒子瞬态的影响\t217
7．3．1 不同布线结构的耦合效应\t217
7．3．2 密勒效应和耦合效应对SET影响的定性分析\t222
7．3．3 判别SET的新标准\t224
7．3．4 密勒效应和耦合效应对SET延时的影响\t225
7．3．5 温度和技术节点对SET的影响\t226
7．4 本章小结\t228
参考文献\t228
第8章 纳米CMOS电路在单粒子效应下的可靠性评估\t231
8．1 逻辑电路在单粒子翻转下的可靠性评估\t231
8．1．1 概率转移矩阵的基本理论\t232
8．1．2 基于PTM的可靠性评估方法\t233
8．1．3 可靠性估计及分析\t234
8．1．4 串扰效应对可靠性的影响\t237
8．2 数字电路在单粒子瞬态下的可靠性评估\t239
8．2．1 SET电压的多状态系统\t240
8．2．2 通用产生函数\t241
8．2．3 可靠性评估算法\t242
8．2．4 遮掩和串扰效应对可靠性的影响\t242
8．2．5 可靠性评估及分析\t244
8．3 基于蒙特卡罗的电路可靠性评估\t246
8．3．1 MC评估模型的建立\t246
8．3．2 模型的验证及分析\t248
8．3．3 SET脉冲宽度的影响分析\t249
8．3．4 遮掩效应和多SET的影响分析\t249
8．4 本章小结\t251
参考文献\t252