置情況下對(duì)應(yīng)不同累積劑量時(shí)M0S單管的電學(xué)參數(shù)退化，提取得到閾值電壓、零 柵壓漏極電流等參數(shù)退化的具體數(shù)值，并利用Verilog-A語(yǔ)言進(jìn)行建模描述。
[0036] 以某0. 25ym工藝為例，構(gòu)建了最劣偏置下的單管損傷模型，圖2所示為尺寸為 0.8/0.24iimnMOS單管損傷模型與測(cè)試數(shù)據(jù)的對(duì)比，從中可以看出，利用圖1中步驟構(gòu)建 的損傷模型能夠準(zhǔn)確反映輻照后M0S單管的參數(shù)退化。
[0037] 圖3給出了本發(fā)明的主體流程圖，瞬態(tài)仿真中時(shí)間區(qū)域已經(jīng)被劃分為三個(gè)部分： 輻照前、輻照過(guò)程中和輻照后。實(shí)際執(zhí)行前需設(shè)定輻照過(guò)程的起止時(shí)間、仿真步長(zhǎng)和輻照 劑量率，執(zhí)行瞬態(tài)仿真時(shí)，每一步都將監(jiān)測(cè)并記錄各個(gè)單管器件的源極、漏極、柵極和襯底 四端電壓，進(jìn)而換算出單步時(shí)間間隔內(nèi)的氧化層內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度和空穴產(chǎn)額，利用公式（1)描 述偏置不同對(duì)于氧化層中空穴產(chǎn)額的影響：并利用公式（2)得到當(dāng)前時(shí)刻的等效累積劑量 Deff〇
[0038] 每一步的持續(xù)時(shí)間、該時(shí)間段內(nèi)的瞬態(tài)仿真步長(zhǎng)和仿真劑量率都將作為可調(diào)節(jié) 的參數(shù)用于體現(xiàn)累積劑量的數(shù)值。如輻照過(guò)程的持續(xù)時(shí)間設(shè)定為2mS-4ms，瞬態(tài)仿真步長(zhǎng) 為2ys，則整個(gè)輻照過(guò)程中執(zhí)行瞬態(tài)仿真的采樣點(diǎn)數(shù)為1000,進(jìn)一步設(shè)定仿真劑量率為 100rad(Si02)，則整個(gè)輻照過(guò)程執(zhí)行完畢后，累積劑量將達(dá)到100krad(Si02)。此時(shí)對(duì)應(yīng)的 等效累積劑量可以表示為：
[0042] 其中，i代表瞬態(tài)仿真中的計(jì)算步數(shù)，EMjPDi分別代表在第i步所對(duì)應(yīng)時(shí)間間隔 內(nèi)的氧化層電場(chǎng)強(qiáng)度和累積劑量。
[0043] 之后，結(jié)合步驟1)中不同累積劑量情況下的單管電學(xué)性能退化，采用Verilog-A 語(yǔ)言編程描述表征單管輻射損傷的寄生晶體管。在步驟2. 4)的基礎(chǔ)上，計(jì)算得到等效累 積劑量的數(shù)值，插值求取在累積劑量等于上述等效累積劑量時(shí)所對(duì)應(yīng)的最劣輻照偏置下單 管電學(xué)性能退化，同時(shí)將輻照后的單管參數(shù)動(dòng)態(tài)更新為考慮了輻照偏置影響后的數(shù)值。此 時(shí)"輻照后"時(shí)間段內(nèi)的電路仿真結(jié)果即對(duì)應(yīng)著整個(gè)電路受輻照影響后的損傷程度。應(yīng)用 Verilog-A語(yǔ)言對(duì)圖3中的流程進(jìn)行描述后，編制得到的代碼可以直接被SPICE軟件所調(diào) 用，能夠?qū)喂茈妼W(xué)參數(shù)的變化直接嵌入到電路節(jié)點(diǎn)的電流與電壓聯(lián)立方程組中，最終求 解出電路整體性能參數(shù)在總劑量效應(yīng)影響下的變化。
[0044] 圖4所示為一種P0R電路的總劑量效應(yīng)仿真結(jié)果。"輻照前"時(shí)間段為 100yS-2.lms，該時(shí)間內(nèi)的輸出信號(hào)為幅值1. 5V的電壓脈沖，也是后期檢驗(yàn)電路是否正常 工作的基準(zhǔn)輸出。"輻照過(guò)程中"時(shí)間段為2.lms-4.lms，瞬態(tài)仿真步長(zhǎng)為2ys，劑量率為 60rad(Si02)，該區(qū)域內(nèi)電路的偏置狀況與實(shí)際輻照情況相一致，保持輸入激勵(lì)為高電平， 輸出信號(hào)持續(xù)為低電平。4.lms以后的時(shí)間對(duì)應(yīng)著"輻照后"，此時(shí)設(shè)置輸入激勵(lì)與"輻照前" 時(shí)間短內(nèi)具備相同的上升時(shí)間和變化幅度，而輸出信號(hào)將代表著累積劑量為60krad(Si02) 時(shí)的電路輸出，此時(shí)的輸出信號(hào)不再是標(biāo)準(zhǔn)的三角形脈沖，而是發(fā)生了明顯的形變，說(shuō)明累 積劑量為60krad(Si02)時(shí)，P0R電路已經(jīng)不能正常工作。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種考慮輻照過(guò)程中輻照偏置電壓動(dòng)態(tài)變化的CMOS電路總劑量效應(yīng)仿真方法，其 特征在于，包括如下步驟： 1) 單管損傷模型建立 1. 1)選定與待研究CMOS電路特征尺寸相同的單管試驗(yàn)片； 1. 2)測(cè)試單管試驗(yàn)片在不同累積劑量、最劣輻照電壓偏置作用下單管試驗(yàn)片的電學(xué)性 能退化；提取電學(xué)性能退化的具體數(shù)值構(gòu)建最劣輻照電壓偏置下的單管損傷模型； 2) 對(duì)待研究CMOS電路執(zhí)行瞬態(tài)仿真，描述不同輻照偏置電壓對(duì)氧化層中空穴產(chǎn)額的 影響，并建立輻照偏置電壓與測(cè)試用輻照電壓之間的關(guān)系 2. 1)設(shè)定輻照過(guò)程中激勵(lì)源、激勵(lì)源的持續(xù)時(shí)間、該持續(xù)時(shí)間段內(nèi)的瞬態(tài)仿真步長(zhǎng)和 仿真劑量率， 2.2) 執(zhí)行瞬態(tài)仿真，對(duì)每一步仿真進(jìn)行監(jiān)測(cè)并記錄待研究CMOS電路中各個(gè)單管器件 的源極、漏極、柵極和襯底四端電壓； 2.3) 利用步驟2. 2)記錄的參數(shù)換算出單步時(shí)間間隔內(nèi)的氧化層內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度和空穴產(chǎn) 額，并得出氧化層內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度和空穴產(chǎn)額之間的關(guān)系； 2.4) 利用步驟2.3)所得出的氧化層內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度和空穴產(chǎn)額之間的關(guān)系，并采用等效 累積劑量的概念描述任意時(shí)刻輻照偏置電壓與測(cè)試用輻照電壓之間的關(guān)系，具體為：其中，Vgb代表柵極與襯底間的電壓差，也就是輻照偏置電壓，EM代表氧化層中的電場(chǎng) 強(qiáng)度，具體數(shù)值由Vgb計(jì)算得到，Y代表空穴產(chǎn)額（逃脫初始復(fù)合的空穴比例），Y(EJ表 示第i步時(shí)間段內(nèi)的空穴產(chǎn)額，Di表示第i步時(shí)間段內(nèi)的累積劑量，Y(Gcx)|%=Vdd表示 步驟1)中最劣輻照電壓偏置下的空穴產(chǎn)額，該數(shù)值不隨累積劑量增加而發(fā)生變化，Vdd表示 最劣福照偏置電壓； 3) 結(jié)合步驟1)所建立的單管損傷模型，近似認(rèn)為步驟1. 2)中不同累積劑量間單管試 驗(yàn)片的性能退化滿足連續(xù)、線性的特征，利用線性差值求取累積劑量等于步驟2. 4)所求取 的等效累積劑量時(shí)的電路中單管器件的電學(xué)性能退化； 4) 利用步驟3)所求取的電學(xué)性能退化具體數(shù)值對(duì)輻照后的各個(gè)單管器件的參數(shù)進(jìn)行 動(dòng)態(tài)更新。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮輻照過(guò)程中偏置動(dòng)態(tài)變化的CMOS電路總劑量效應(yīng)仿真 方法，其特征在于： 步驟2. 3)中將輻照偏置電壓對(duì)于氧化層中空穴產(chǎn)額的影響采用公式（1)描述： U!A. /。和m為待定參數(shù)，由福射類(lèi)型所決定。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮輻照過(guò)程中偏置動(dòng)態(tài)變化的CMOS電路總劑量效應(yīng)仿真 方法，其特征在于： 步驟2)中對(duì)待研究CMOS電路的瞬態(tài)仿真，分為三個(gè)時(shí)間階段，分別為輻照前、輻照過(guò) 程中和輻照后，輻照前與輻照后激勵(lì)源的設(shè)定都用于檢測(cè)電路的工作性能，選用相等的上 升或下降時(shí)間等參數(shù)，輻照過(guò)程中激勵(lì)源的設(shè)定將與實(shí)際開(kāi)展輻照測(cè)試時(shí)的狀況相一致。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的考慮輻照過(guò)程中偏置動(dòng)態(tài)變化的CMOS電路總劑量 效應(yīng)仿真方法，其特征在于：步驟2)-4)所采用的仿真工具為SPICE。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的考慮輻照過(guò)程中偏置動(dòng)態(tài)變化的CMOS電路總劑量效應(yīng)仿真 方法，其特征在于： 步驟1)單管損傷模型建立選用的是與SPICE仿真工具相兼容的Verilog-A語(yǔ)言編程。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種考慮輻照偏置電壓動(dòng)態(tài)變化的CMOS電路總劑量效應(yīng)仿真方法，包括單管損傷模型建立的步驟、對(duì)待研究CMOS電路執(zhí)行瞬態(tài)仿真，描述不同輻照偏置電壓對(duì)氧化層中空穴產(chǎn)額的影響，并建立輻照偏置電壓與測(cè)試用輻照電壓之間的關(guān)系的步驟、結(jié)合單管損傷模型利用線性差值求取累積劑量等于步驟2.4)所求取的等效累積劑量時(shí)的電路中單管器件的電學(xué)性能退化的步驟。本發(fā)明能夠考慮到輻照過(guò)程中偏置狀況動(dòng)態(tài)、多樣變化的實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)了利用單一輻照偏置下實(shí)測(cè)單管的電學(xué)性能退化數(shù)據(jù)推算出任意輻照偏置下單管，以及輻照過(guò)程中處于任意工作模式、由大量輻照過(guò)程中偏置情況各異單管所組成集成電路的實(shí)際性能退化。
【IPC分類(lèi)】G06F17/50
【公開(kāi)號(hào)】CN105022875
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510412969
【發(fā)明人】丁李利, 郭紅霞, 陳偉, 姚志斌, 郭曉強(qiáng), 羅尹虹, 張鳳祁, 趙雯
【申請(qǐng)人】西北核技術(shù)研究所
【公開(kāi)日】2015年11月4日
【申請(qǐng)日】2015年7月14日