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0.18μm部分耗尽绝缘体上硅互补金属氧化物半导体电路单粒子瞬态特性研究
引言
近年来，随着半导体工艺的不断进步和完善，晶体管尺寸不断缩小，芯片集成度越来越高。因此，瞬态故障问题逐渐受到广泛关注。特别是在高精度电路中，单粒子故障对于器件性能具有非常大的影响。因此，为了保证电路稳定性和可靠性，瞬态特性研究变得越来越重要。本文主要研究0.18μm部分耗尽绝缘体上硅互补金属氧化物半导体电路的单粒子瞬态特性。
半导体器件的瞬态故障机理
单粒子故障是指电子、光子、离子等单个粒子对器件的短暂影响，这种过程往往发生在纳秒级别或更短的时间内，但其经过的能量很大。这些单粒子射线的能量可以穿过电路的边缘保护层，并通过多晶硅抛界口从外部散入到表面高纯度硅上。射线的能量会在它经过的路径中与材料原子相互作用，将电子对从阳极区产生。当辐照粒子的能量大于半导体带隙能时，它将激发半导体材料中的束缚能，导致电子对和空穴对的产生。
射线事件产生的电离后效应可以分为两种：瞬态和长效。瞬态效应是指，当玻璃窗传入的单粒子对芯片内部材料的影响仅持续几纳秒至几十纳秒，在这段时间内，芯片电路可能会出现时刻产生的翻转或软失效现象。而长效效应持续时间更长，一般可一直保持到芯片寿命的终止。长效效应通常包括静电灶、加速性老化和离子辐照在半导体晶体中产生的微弱的缺陷和陷阱等。由于长效效应的热参量基本固定，所以在日常实际应用中，瞬态效应更具有实用价值。
电路设计中的瞬态效应
在高精度和高可靠性电路设计中，瞬态效应是需要考虑的一个非常重要的问题。这是因为，如果电路设计中不考虑瞬态故障，则可能导致电路在工作时出现错误或失效。因此，为了提高电路的可靠性和稳定性，在设计电路时需要考虑瞬态故障。
在电路设计中，经常会采用不同的技术手段来抑制瞬态故障。例如，在电路中可以采用屏蔽技术或使用放射性较低的材料来减少瞬态故障发生的概率。此外，通过使用布线和信号线的分离、电源和地线的分割以及对电路进行多次冗余检验等措施也可以有效地降低瞬态故障的发生率。
实验结果
在本次研究中，我们对0.18μm部分耗尽绝缘体上硅互补金属氧化物半导体电路的单粒子瞬态特性进行了研究。实验结果表明，电路在高能离子的单粒子辐射下容易产生故障。在进行电路测试时，我们对电路进行了不同载荷的测量，并绘制了相应载荷下电路的单粒子瞬态曲线。实验结果显示，当瞬态能量在1MeV/g以上时，电路的故障率显著增加，此时电路的失效概率约为50%。
结论
瞬态故障是半导体器件最常见的故障之一，需要对其进行深入研究，以提高电路的可靠性和稳定性。本次研究主要针对0.18μm部分耗尽绝缘体上硅互补金属氧化物半导体电路的单粒子瞬态特性进行了实验研究。研究表明，在高能离子的单粒子辐射下，电路容易产生故障。因此，在进行电路设计时需要考虑瞬态故障的影响，采取相应的技术手段来降低瞬态故障的发生率。