内容简介

这本书的内容主要介绍了各类先进电子器件在辐射环境(航天，核物理等)下的行为及效应。辐射与物质的相互作用是一个广泛和复杂的课题。在这本书中，作者从各个不同的角度试图分析这个问题，目的是解释理解半导体器件、电路和系统在受到辐射时所观察到的退化效应的重要方面。内括目前上对于半导体器件辐射效应关注的各个方向，从传统的Si材料到新型的纳米晶体，从传统的CMOS工艺到新型的薄膜SOI工艺，从器件工艺到结构设计，各类内容均有涉及。本书中各类新兴的探测器技术、电路设计技术、新材料和创新的系统方法都是由业界和学术界的专家探索研究的，具有重要的学术价值，可以作为研究生阅读和补充材料。

目录

目 录第1章 硅的辐射损伤 11.1 引言 11.1.1 表面损伤 11.1.2 体损伤 11.2 IR与Neff的退火效应 31.2.1 硅中的掺杂 51.2.2 电荷俘获与收集 51.3 硅探测器抗辐射强度评估 71.3.1 硅探测器与高能物理实验：一个的范例 71.3.2 硅探测器的抗辐射加固设计 81.3.3 n侧信号读取传感器的辐射限度 101.3.4 探测器厚度变化的影响 121.3.5 强辐射下标准型和薄型硅传感器的反向电流 141.3.6 不同单晶硅的辐射耐受 161.4 退火效应 181.5 结论：ATLAS示例案例 20参考文献 20第2章 用于多类型辐射检测的抗辐射CMOS单光子成像仪 242.1 引言 242.2 固态单光子探测像素 252.3 CMOS工艺APD和SPAD 262.3.1 基本结构设计 262.3.2 快速淬灭和恢复 272.3.3 小型化的重要 282.4 抗辐射SPAD的制备与测试 28参考文献 35第3章 氢对场氧化物场效应晶体管和高K电介质的辐射响应 403.1 引言 403.2 本底1/f噪声 403.3 实验细节 413.4 结果和讨论 423.4.1 电学测试 423.4.2 噪声测量 433.5 高K电介质 453.6 结 48参考文献 49第4章 基于薄膜SOI技术的SiGe HBT中的新剂量和重离子电荷收集现象 564.1 引言 564.2 器件结构与基本原理 584.3 辐射效应 604.4 单粒子翻转仿真分析 664.5 结论 68参考文献 68第5章 标准CMOS技术中的抗辐射加固设计的参考电压和电流 725.1 引言 725.2 带隙参考电路的抗辐射设计方法 725.3 典型的CMOS带隙电压求和基准 745.4 抗辐射加固设计的参考电压 755.5 抗辐射加固设计的参考电流 785.6 结论 80参考文献 80第6章 纳米晶体存储器：闪存缩放和一级耐辐射器件的发展历程 826.1 引言 826.2 闪存（Flash） 836.2.1 闪存概述 836.2.2 闪存基础知识 836.3 纳米晶体存储器 896.3.1 概述 896.3.2 Si纳米晶体存储器的实现 916.3.3 纳米晶体存储单元 926.3.4 多兆位阵列中的纳米晶体工艺集成 966.4 辐射对非易失存储器的影响 986.4.1 NVM辐射效应概述 986.4.2 纳米晶体存储器的辐射效应 1026.4.3 纳米晶体存储器（NCM）与浮栅（FG）存储器的抗辐射特 1086.5 结论 110参考文献 111第7章 抗TID效应和SEE的SRAM抗辐射加固技术 1187.1 概述 1187.1.1 集成电路设计中的嵌入式SRAM 1187.1.2 空间辐射环境及其影响 1187.2 抗辐射加固设计（RHBD） 1197.2.1 电离剂量（TID）效应 1207.2.2 SRAM中的单粒子效应（SEE） 1207.3 SRAM设计中的抗辐射加固技术 1237.3.1 SRAM单元的读写裕度 1237.3.2 反向体偏置 1257.3.3 RHBD SRAM单元设计 1257.4 SRAM测试结构 1277.5 TID效应测试结果 1287.5.1 VDD偏置对TID效应的影响 1307.5.2 TID对单元读写裕度的影响 1307.5.3 类型4单元 1327.5.4 具有RBB的类型1单元的阵列设计注意事项 1327.5.5 具有RBB的类型1单元的晶体管级测量 1347.5.6 测试SRAM的设计和实验 1347.5.7 具有RBB的类型1单元的SRAM测量 1357.5.8 90 nm晶体管级响应 1387.6 未加固的SRAM中的单粒子效应（SEE） 1397.7 单粒子效应（SEE）的缓解 1417.7.1 具有RBB + SC和SEE缓解的130 nm SRAM设计 1417.7.2 SRAM列电路 1437.7.3 具有RBB+SC的SRAM操作 1447.7.4 SEE的实验测量 1447.8 结 148参考文献 149第8章 超深亚微米CMOS技术工艺SRAM中的多次翻转完整指南 1538.1 引言 1538.2 实验设备的细节 1548.2.1 关注测试算法对统计多次翻转的重要 1548.2.2 实验设备 1558.2.3 被测器件 1568.3 实验结果 1578.3.1 MCU作为辐射源的函数 1588.3.2 MCU作为阱工程的一能――三阱的使用 1588.3.3 MCU作为倾斜角的函数（重离子实验） 1598.3.4 MCU作为工艺特征尺的函数 1608.3.5 三阱对MCU的影响 1618.3.6 MCU与电源电压的关系 1618.3.7 MCU与温度的关系 1628.3.8 MCU与位单元架构的关系 1628.3.9 在LANSCE和TRIUMF上测试MCU率 1638.3.10 MCU与衬底的关系（体硅与SOI的比较） 1648.3.11 MCU与测试模式的关系 1648.4 MCU的3D TCAD建模 1658.4.1 三阱技术中的双极效应 1668.4.2 先进工艺的敏感区域 1688.5 一般结论：驱动MCU灵敏度的参数排序 1718.6 附录 172参考文献 174第9章 先进SRAM的实时软错误率特 1779.1 引言 1779.2 测试平台和环境 1789.2.1 ASTEP 1789.2.2 LSM实验室 1819.3 实验细节 1819.3.1 测试的器件 1819.3.2 硬件装置 1829.3.3 测试程序 1849.4 实验结果 1849.4.1 实时测量 1859.4.2 加速测试 1879.5 数据分析和讨论 1889.5.1 65 nm工艺器件实时测试与加速测试的对比 1889.5.2 65 nm与130 nm工艺技术对比 1889.5.3 65 nm和130 nm工艺器件的α粒子发射率估算 1899.5.4 小结 1909.6 结论 191致谢 191参考文献 192第10章 基于SRAM的FPGA容错技术和可靠建模 19510.1 引言 19510.2 FPGA辐射效应 19510.2.1 破坏单粒子效应 19610.2.2 非破坏单粒子效应 19610.2.3 FPGA中的单粒子效应 19710.3 SEU的检测和校正技术 19710.3.1 配置擦除（内存清理） 19710.3.2 重复比较 19810.4 SEU诱发错误的缓解技术 19810.4.1 三模冗余 19910.4.2 时间冗余 20010.4.3 状态机编码 20210.4.4 四重逻辑 20310.5 可靠模型 20510.5.1 估计每个擦除周期的翻转概率 20610.5.2 估计每个擦除周期的故障概率 20610.5.3 案例研究 20710.6 结论 210致谢 211参考文献 211第11章 在基于SRAM的FPGA中确保能稳定的三模冗余保护电路 21411.1 引言 21411.2 FPGA的SEU和MBU数据概述 21511.3 FPGA电路的TMR保护 21811.3.1 电路设计问题 21811.3.2 设计约束问题 21911.3.3 结构布局对电路设计的影响 22011.4 域交叉故障 22011.4.1 测试方法与装置 22111.4.2 测试结果 22411.4.3 结果分析 22411.5 单位翻转、多位翻转和电路设计有效的检测 22811.5.1 相关工作 22911.5.2 STARC概述 23011.5.3 案例研究：区域限制下的可靠问题 23211.6 结论 234参考文献 234第12章 抗SEU/SET锁相环 23712.1 引言 23712.2 表决异步信号 23712.3 稳定的PLL：使相位引起的表决错误小化 23912.4 PLL组件的SEU/SET特 24412.4.1 环形VCO 24512.4.2 分频器 24612.4.3 Σ-Δ N分频器 24612.4.4 相位?频率检测器 24612.4.5 电荷泵 24712.4.6 环路滤波器 24812.5 对PLL使用冗余表决技术 24912.5.1 输出表决法 25012.5.2 VCO表决法 25112.6 结论 252参考文献 253第13章 半导体集成电路中辐射诱导瞬态的自主检测与表征 25513.1 引言 25513.2 软错误 25613.3 单粒子瞬态和逻辑软错误 25613.3.1 逻辑电路中的单粒子效应 25613.3.2 逻辑软错误的扩展趋势 25713.3.3 前期SET表征 25913.4 自主脉冲宽度表征 26013.4.1 通过一系列反相器的瞬态传播 26013.4.2 自触发瞬态捕获 26113.4.3 脉冲捕获电路设计 26213.4.4 脉冲捕获仿真结果 26313.4.5 测试芯片设计 26413.5 重离子测试结果 26613.5.1 130 nm工艺重离子测试 26713.5.2 90 nm工艺重离子测试 26913.5.3 基于重离子实验结果的技术趋势 27113.6 中子和α粒子诱导的瞬态 27213.6.1 中子诱导的SET的脉冲宽度 27213.6.2 α粒子诱导的SET的脉冲宽度 27313.6.3 中子和α粒子的FIT率 27413.7 结 276参考文献 276第14章 数字电路中的软错误 27914.1 引言 27914.2 电子器件的辐射效应 27914.2.1 非破坏故障 27914.2.2 破坏故障 28014.2.3 累计故障 28014.3 软错误下集成电路能的预测方法 28114.3.1 基于仿真的故障注入（SBFI） 28214.3.2 硬件故障注入（HWFI） 28214.3.3 软件实现的故障注入（SWIFI） 28314.3.4 基于混合模型的技术：硬件仿真 28314.4 电子器件抗辐射技术：抗辐射加固 28314.4.1 减少电荷产生与积累的过程 28514.4.2 减少SET的产生和传输 28514.5 电子器件中的故障容错技术 28514.5.1 空间冗余 28614.5.2 时间冗余 28614.5.3 信息冗余 28614.6 数字滤波器的专门保护技术 28714.6.1 种情况（低保护要求） 28914.6.2 种情况（平均保护要求） 29014.6.3 第三种情况（高保护要求） 29014.6.4 保护技术评估 29314.6.5 与TMR的比较 29514.7 结论 296参考文献 297第15章 可靠分析中的故障注入技术综述 30115.1 引言 30115.2 故障注入系统概述 30215.3 基于模拟的故障注入 30415.3.1 使用系统级模拟的故障注入实例 30515.3.2 使用寄存器传输级模拟的故障注入实例 30615.3.3 基于模拟的故障注入的终说明 30715.4 基于仿真的故障注入 30715.4.1 基于仿真的故障注入实例 30815.4.2 对基于仿真的故障注入的终说明 31015.5 基于软件的故障注入 31015.5.1 基于软件的故障注入实例 31215.5.2 基于软件的故障注入的终说明 31215.6 结论 313致谢 313参考文献 313