基於65納米以下工藝節點的抗輻照積體電路基礎研究

《基於65納米以下工藝節點的抗輻照積體電路基礎研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由陳書明擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：基於65納米以下工藝節點的抗輻照積體電路基礎研究
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：陳書明
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

太空飛行器的高速發展要求抗輻照積體電路的設計必須基於65納米以下工藝節點。本項目面向65 納米以下工藝節點，針對納米器件輻射效應、納米積體電路輻射效應與加固、輻射效應試驗展開研究。首先，針對納米器件輻射效應，主要圍繞體矽工藝下的新特性及新器件的輻射效應機理進行研究，揭示納米級器件輻射效應新現象及其輻射損傷機制，掌握其退化規律。其次，針對納米積體電路輻射效應與加固的研究，主要圍繞工藝起伏、關鍵部件及軟錯誤評估展開研究，揭示工藝起伏對積體電路單粒子效應的影響，從器件、版圖、電路和系統方面對積體電路關鍵部件進行加固，準確預估積體電路軟錯誤。最後，開展揭示65 納米以下工藝節點單粒子效應微觀機理的試驗測試方法的研究。本項目的研究將突破65納米以下工藝節點的抗輻射加固基礎，為我國研製GHz高性能抗輻照積體電路尤其是微處理器設計提供直接的理論依據和指導。

結題摘要

抗輻射加固是宇航積體電路的關鍵技術之一。本項目面向65納米以下CMOS工藝節點，針對單粒子效應和總劑量效應展開研究。在輻射試驗技術方面，首次提出了單粒子多瞬態測試結構並實現了單粒子多瞬態的測量。結果表明，在Ge 和Ti 離子轟擊下，65 納米CMOS 工藝下單粒子多瞬態的比例小於30%。採用特殊的65納米電路結構測量了入射離子的影響範圍和電荷收集機理，結果表明當LET超過19 MeV-cm2/mg時，寄生雙極放大效應超越漂移擴散開始起主導作用。在納米器件單粒子效應方面，提出了標準單元內部電荷共享的概念，相比於脈衝截止效應，增強標準單元的內部電荷共享對於抑制單粒子瞬態更為普適。將反衝核電離效率引入質子單粒子效應評估，發現O離子比Si離子引發的SEE更為嚴重。發現重離子SET截面和脈寬隨著質子累積輻照劑量的增加而上升，在3×1013/cm2 1.2 MeV質子輻照之後，對於LET為3.2 MeV-cm2/mg的重離子輻照，65 nm CMOS電路的軟錯誤率（SER）可上升一個數量級。以蒙卡多層次軟錯誤評估方法為基礎，考慮了工藝起伏、總劑量等效應的影響，通過構建新穎的電路模型來解決軟錯誤評估中所面臨的新問題。在納米器件總劑量輻射效應方面，通過構建總劑量效應模型，研究了器件溝道寬長比、halo摻雜、高K介質等的影響。發現增加溝道寬度有助於削弱TID效應。發現在低劑量輻照下加入非對稱的halo並且降低高K介質的厚度可提高NMOS的抗輻照特性。實驗研究了65 nm體矽MOS器件中射線引發的總劑量輻射效應，發現最劣輻照偏置仍是ON態；柵寬W較小、柵長L較小的器件對電離輻照更敏感。實驗研究了65 nmMOS器件中重離子引發的總劑量輻射效應，發現存在四種不同的輻射回響。在積體電路輻射效應加固研究方面，提出了兩種數字電路單粒子加固技術，提出了一種時鐘網路單粒子加固技術，提出了兩種總劑量加固技術。本項目的研究將為抗輻照超大規模積體電路尤其是微處理器的設計提供直接的理論支持和指導。